Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du sông lô gâm khi công trình thủy điện tuyên quang đưa vào vận hành phát điện và chống lũ

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
Viện khoa học thuỷ lợi
o0o


đề tài
Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm khi Công trình thuỷ
điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ




báo cáo tổng kết


7913

Hà nội, tháng 12- 2006

Mục lục


tóm tắt nội dung chính của đề tài
Mở đầu
1
I. Mục tiêu đề ra của đề tài
3
II. Phơng pháp nghiên cứu
3
III. Phạm vi tính toán

3
IV. Tài liệu sử dụng cho tính toán
4
V. Nội dung và đóng góp mới của đề tài
4

Chơng I
Tổng quan về tình hình xói phổ biến
và dự báo xói phổ biến ở hạ du công trình thuỷ điện

I.1 Tổng quan chung tình hình xói sau công trình đập thuỷ điện
7
I.2 Tổng quan chung về kết quả tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du
các công trình thuỷ điện
9
I.3 Các phơng pháp tính toán dự báo Diễn biến lòng dẫn ở hạ du công
trình thuỷ điện
13

Chơng II
đặc điểm tự nhiên lu vực sông Lô - Gâm
và khu vực hạ du công trình thuỷ điện tuyên quang

II.1 Đặc điểm tự nhiên lu vực sông Lô - Gâm
28
II.1.1 Vị trí
28
II.1.2 Đặc điểm địa hình
28
II.1.3 Đặc điểm địa chất và thổ nhỡng

29
II.1.4 Đặc điểm sông ngòi
30
II.2 Đặc điểm khí tợng thuỷ văn
32
II.2.1 Đặc điểm khí tợng
32
II.2.2 Đặc điểm thuỷ văn
34
II.3 Đặc điểm đoạn sông hạ du thuỷ điện Tuyên Quang
39
II.3.1 Xác định phạm vi ảnh hởng của thuỷ điện Tuyên Quang
39
II.3.2 Đặc điểm địa hình
40

II.3.3 Các thác và gềnh trên đoạn sông nghiên cứu
41
II.3.4 Đặc điểm địa chất đoạn sông hạ lu thuỷ điện Tuyên Quang
42
II.3.5 Đặc điểm địa chất công trình
43

Chơng III
Xác định các kịch bản cho tính toán dự báo
diễn biến Lòng dẫn hạ du thuỷ điện tuyên quang


III.1 Tính toán lựa chọn biểu đồ lu lợng điều tiết thờng xuyên tháo
xuống hạ lu đập Tuyên Quang

46
III.2 Tính toán lựa chọn lợng bùn cát tháo xuống hạ lu
53
III.3 Lựa chọn các kịch bản bất lợi cho tính toán biến động chế độ
thuỷ động lực ở hợp lu Lô - Gâm
57

Chơng IV
Tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền xuống
hạ lu Do ảnh hởng thuỷ điện tuyên quang

IV.1 Các đặc điểm chính về hệ thống sông có liên quan tới tính toán
hình thái dự báo diễn biến lòng dẫn hạ du
76
IV.1.1 Phạm vi nghiên cứu
76
IV.1.2 Đặc điểm địa chất, bùn cát đáy lòng sông
76
IV.2 Thiết lập bài toán nghiên cứu
79
IV.2.1. Chọn mô hình sử dụng cho tính toán
79
IV.2.2 Thiết lập sơ đồ và dữ liệu địa hình cho mô hình tính
80
IV.2.3 Thiết lập các dữ liệu thuỷ văn cho kiểm định và tính toán mô
hình thuỷ lực
81
IV.2.4 Thiết lập dữ liệu bùn cát cho tính toán mô hình hình thái
83
IV.2.5 Thiết lập dữ liệu chiều sâu xói tới hạn của lòng sông từ số liệu

địa chất và số liệu điều tra ghềnh - thác
85
IV.3 Kết quả tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền hạ du thủy điện
Tuyên Quang
86
IV.3.1. Khái quát kịch bản tính
86
IV.3.2 Tổng hợp kết quả tính toán
87
IV.3.3 Nhận xét
88
IV.4 Kết quả tính dự báo độ hạ thấp mực nớc ở hạ du thuỷ điện Tuyên
90

Quang
IV.4. 1. Quan hệ Q H tại một số vị trí ở hạ lu đập
90
IV.5 chế độ thuỷ lực và diễn biến khu vực ngã ba
Lô - Gâm và sông Lô tại thị xã Tuyên Quang
93
IV.5.1 Phạm vi nghiên cứu và thiết lập mô hình
93
IV.5.2 Phơng pháp công cụ nghiên cứu
93
IV5.3 Tính toán chế độ thuỷ lực vùng ngã ba Lô - Gâm
93
IV.5.4 Tính toán dự báo diễn biến vùng ngã ba Lô - Gâm và khu vực
thị xã Tuyên Quang
96

Chơng v
Kiến nghị các giải pháp khoa học công nghệ giảm
thiểu các tác động bất lợi ở vùng hạ lu do vận hành
thủy điện Tuyên Quang

V.1 Đề xuất Giải pháp phi công trình hạn chế các tác động bất lợi
106
V.2 Đề xuất giải pháp công trình tại các trọng điểm
107
V.2.1. Đối với vùng sát đập khu vực thị trấn Na Hang
107
V.2.2. Đối với khu vực ngã ba Lô Gâm
108
V.2.3. Đối với khu vực thị xã Tuyên Quang
109
V.2.4. Khu vực ngã ba hợp lu Lô - Chảy

109
Kết luận

110
Phụ lục

tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)

1

tóm tắt nội dung chính của đề tài



Mở ĐầU

Khi xây dựng đập ngăn sông tạo kho nớc cho mục đích thủy điện hoặc
cấp nớc sẽ làm cho chế độ thủy lực, thủy văn và lòng dẫn của thợng và hạ
lu đập có những thay đổi căn bản. ở vùng thợng lu đập dâng sẽ hình thành
một kho trữ nớc lớn và đợc điều tiết theo chế độ vận hành của nhà máy thủy
điện hoặc công trình đầu mối. ở đó mực nớc dâng cao, diện tích, dung tích
tăng lên và tốc độ dòng chảy giảm nhỏ có thời gian giảm gần nh tuyệt đối
làm cho bùn cát của sông lắng đọng lại trong hồ chứa. Quá trình bồi lắng kéo
dài theo tuổi thọ của hồ. ở vùng hạ lu xuất hiện một quá trình biến đổi hình
thái lòng dẫn kéo theo sự thay đổi quan hệ thủy văn giữa mực nớc (H) và lu
lợng (Q). Do bùn cát tự nhiên của sông bị giữ lại ở thợng lu đập trong hồ
chứa, tháo xuống hạ lu qua tuốc bin thủy điện hoặc tràn xả lũ là dòng nớc
mang rất ít bùn cát. Do đó có sự mất cân bằng giữa khả năng tải cát của dòng
nớc (St) với lợng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lu (S0) mà St luôn
lớn hơn S0 (St >S0). Dòng chảy luôn đói bùn cát này sẽ phải đào xói lòng
dẫn hạ lu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát, vì vậy lòng dẫn
hạ lu dần dần bị xói hạ thấp. Quá trình xói lòng sông nh trên đợc gọi là xói
phổ biến ở hạ du công trình thủy điện. Xói phổ biến kéo dài theo thời gian và
lan truyền theo không gian xuôi về hạ lu. Xói phổ biến ngừng lại sau một
khoảng thời gian nhất định và trên chiều dài đoạn sông nhất định. Tuỳ theo
từng điều kiện địa chất, địa hình và chế độ vận hành của thuỷ điện. Biến đổi
lòng dẫn ở hạ du đập thủy điện, trong đó có xói phổ biến đã làm thay đổi chế
độ Q H ở hạ lu sẽ ảnh hởng trực tiếp tới các họat động kinh tế khai thác

và quản lý lòng sông. ở vùng hạ l
u, lòng sông bị xói hạ thấp xuống kéo theo
sạt lở hai bờ sông rất mạnh làm mất ổn định cho bản thân công trình thủy điện
và các công trình ven sông nh cầu, bến cảng, cống, trạm bơm, đặc biệt là hệ
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
2
thống đê chống lũ. Mực nớc ở hạ lu hạ thấp làm cho các cửa lấy nớc đợc
xây dựng trớc đây có thể bị treo không lấy đợc nớc, các hoạt động giao
thông thủy cũng bị ảnh hởng. Đặc biệt các vùng phân nhập lu trong phạm vi
của xói phổ biến cũng bị ảnh hởng và lan truyền ra các nhánh sông theo các
hiệu ứng của vùng phân nhập lu. Đó là cha kể vận hành theo chế độ điều
tiết phụ tải ngày đêm của thủy điện làm thay đổi đột ngột mực nớc hạ lu
cũng dẫn tới gia tăng mất ổn định bờ, gây sạt lở bờ vùng hạ lu rất mạnh. Tình
hình trên thể hiện rất rõ ở hạ du thuỷ điện Hoà Bình.
Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đang ở thời kỳ hoàn thành. Năm
2007 tổ máy số 1 sẽ bắt đầu vận hành. Những vấn đề diễn biến ở hạ du cần
phải đợc đặt ra, trong đó có diễn biến lòng dẫn tại các khu vực dân sinh kinh
tế quan trọng nh thị trấn Na Hang, thị xã Tuyên Quang, các huyện lỵ, khu
dân c ven sông và các khu vực phân nhập lu. Cho đến nay cha có một đánh
giá dự báo nào về tình hình biến động này sau khi thuỷ điện Tuyên Quang đi
vào vận hành. Trong khi các vấn đề diễn biến hạ du của thuỷ điện Hoà Bình
đã cho chúng ta những bài học lớn và vẫn còn nhiều tồn tại bức xúc. Chính vì
vậy để có những câu trả lời thoả đáng tình hình ở hạ du thuỷ điện Tuyên
Quang, Bộ KH&CN đã cho xây dựng và triển khai đề tài độc lập cấp Nhà
nớc Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm khi Công trình thuỷ điện

Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ".
Nội dung chính của báo cáo bao gồm các chơng sau:
Chơng I : Tổng quan chung về tình hình xói phổ biến và phơng pháp tính
toán dự báo xói phổ biến ở hạ du công trình thuỷ điện.
Chơng II : Đặc điểm tự nhiên l
u vực sông Lô - Gâm và khu vực hạ du công
trình thuỷ điện Tuyên Quang.
Chơng III : Xác định các kịch bản cho tính toán dự báo diễn biến Lòng dẫn
hạ du thuỷ điện Tuyên Quang
Chơng IV : Tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền xuống hạ lu Do ảnh
hởng thuỷ điện Tuyên Quang
Chơng V : Kiến nghị các giải pháp khoa học công nghệ giảm thiểu các tác
động bất lợi ở hạ lu do vận hành thuỷ điện Tuyên Quang


tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
3
I. Mục tiêu đặt ra của đề tài
1. Đánh giá đợc khả năng diễn biến sau hạ du công trình thuỷ điện Tuyên
Quang khi hồ chứa đa vào vận hành chống lũ và phát điện.
2. Đề xuất đợc các giải pháp KHCN chủ động giảm thiểu thiệt hại cho hạ
du do các diễn biến bất lợi gây ra.
* Mục tiêu trên đợc thực hiện bằng việc trả lời đợc các câu hỏi sau đây:
Dự báo quá trình diễn ra xói phổ biến ở hạ du đập Tuyên Quang ?
- Dự báo đợc phạm vi không gian và thời gian của xói phổ biến ?

- Khoảng cách lan truyền xói phổ biến xuống hạ du?
- Chiều sâu xói phổ biến trên từng đoạn sông ?
- Thời kỳ xói phổ biến đạt tới trạng thái ổn định ?
- Khoảng cách tối đa xói phổ biên lan truyền đạt tới trạng thái ổn định ?
Độ hạ thấp đáy sông và thay đổi quan hệ Q - H ở các vị trí của hạ lu đập
do xói phổ biến.
Tình hình thuỷ động lực và diễn biến lòng dẫn ở khu vực trọng điểm hợp
lu Lô - Gâm và khu vực thị xã Tuyên Quang ?.
Các giải pháp giảm thiểu các ảnh hởng bất lợi do xói phổ biến gây ra ở
vùng hạ du thuỷ điện Tuyên Quang.
II. Phơng pháp nghiên cứu :
- Phân tích đánh giá, tính toán tài liệu thực đo làm cơ sở cho tính toán
các kịch bản đầu vào của bài toán.
- Tính toán dự báo xói lòng dẫn vùng hạ du bằng mô hình toán diễn
biến lòng dẫn 1 chiều (1D) MIKE11 với môđun HD kết hợp môđunST.
- Tại khu vực hợp lu Lô Gâm sử dụng mô hình toán 2 chiều MIKE21C
(Môđun HD) để tính toán thay đổi chế độ thuỷ động lực trong các trờng hợp
cắt xả lũ hồ Tuyên Quang.
- Tại khu vực thị xã Tuyên Quang sử dụng mô hình toán 2 chiều MIKE
21C, môđun HD và môđun ST để tính toán dự báo diễn biến hình thái

III. Phạm vi tính toán :
+ Theo trục chính : Sông Gâm, sông Lô, sông Hồng.
+ Biên trên : Đập Tuyên Quang (Sông Gâm), Hàm Yên (Sông Lô), Yên
Bái (sông Thao), Hoà Bình (sông Đà).
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
4
+ Biên dới : Hng Yên (sông Hồng), Bến Hồ (sông Đuống).
Phạm vi đa ra kết quả tính toán diễn biến từ đập Tuyên Quang tới ngã
ba Lô Hồng (Việt Trì) đây là khu vực chịu ảnh hởng nhiều của điều tiết thuỷ
điện Tuyên Quang.

IV. Tài liệu sử dụng cho tính toán :
1. Tài liệu địa hình :
- Tài liệu thể hiện trạng thái tự nhiên khi cha có công trình gồm 66
mặt cắt ngang từ hạ lu đập Tuyên Quang cho tới Việt Trì. Trong đó có 3 mặt
cắt trên sông Lô, 3 mặt cắt trên sông Chảy, do cán bộ của đề tài thực hiện,
hoàn thành tháng 04/2005 phục vụ tính toán mô hình MIKE11.
- Trên sông Hồng, sông Thao sông Đà sử dụng tài liệu mặt cắt ngang đo
đạc hàng năm và từ chơng trình chống lũ sông Hồng năm 2000.
- Bình đồ khu vực hợp lu sông Lô sông Gâm và thị xã Tuyên Quang
phục vụ tính toán mô hình MIKE21C, do cán bộ của đề tài thực hiện.
2. Tài liệu địa chất :
- Là tài liệu rất cần thiết để tính toán diễn biến lòng dẫn. Gồm 10 mặt cắt
địa chất phân bổ dọc hạ lu từ đập tới Việt Trì do cán bộ đề tài thực hiện.
Trên lòng dẫn sông Hồng từ Việt Trì xuôi về hạ lu địa chất của lớp tạo
lòng sông đợc tham khảo từ các tài liệu nghiên cứu về lòng dẫn sông Hồng.
3. Tài liệu thuỷ văn :
- Tài liệu H Q của tất cả các trạm chính trên sông Gâm, sông Lô,
sông Thao, sông Đà, sông Hồng từ 1957 tới 2004.
- Lu lợng tháo xuống hạ lu (Q
Tháo
= Q
Xả
+ Q

Tuốc bin
) của thuỷ điện
Tuyên Quang mô phỏng theo quá trình Q ~ t từ 1957 tới 2001 đợc cung cấp
bởi cơ quan t ván thiết kế công trình Tuyên Quang.

IV. Nội dung thực hiện & những đóng góp mới của đề tài
a. Nội dung thu thập tài liệu và khảo sát kỹ thuật cơ bản :
1. Đã thu thập một khối lợng lớn tài liệu thuỷ văn tại các trạm cơ bản, tài
liệu địa hình, biểu đồ vận hành của nhà máy thuỷ điện Tuyên Quang để
phục vụ cho tính toán diễn biến hạ du.
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
5
2. Đã khảo sát đo đạc 66 mặt cắt ngang và 1 mặt cắt dọc trên sông Gâm,
sông Lô, sông Chảy từ đập tới Việt Trì. Đây là tài liệu cơ bản đợc xác
định là địa hình trạng thái tự nhiên của lòng dẫn sông khi cha có công
trình thuỷ điện Tuyên Quang.
3. Đã khảo sát 10 mặt cắt địa chất, phân bố dọc lòng sông từ đập tới Việt
Trì để tính toán diễn biến lòng sông.
4. Đã khảo sát bình đồ tỷ lệ 1 : 5000 khu vực trọng điểm nhất là ngã ba Lô
Gâm và thị xã Tuyên Quang để xác định thay đổi chế độ thuỷ động lực
và dự báo diễn biến hình thái hai khu vực chịu ảnh hởng mạnh của
Thuỷ điện Tuyên Quang.
b. Nội dung nghiên cứu và những đóng góp mới của đề tài :
1. Đã tổng quan đợc tình hình diễn biến lòng dẫn ở hạ lu các sông trên
thế giới và tổng kết rút ra bài học từ thực tế xói hạ du thuỷ điện Hoà

Bình.
2. Đã tổng quan đợc các kết quả tính toán dự báo xói hạ du các công
trình thuỷ điện trên thế giới và tính toán dự báo xói hạ du công trình
Hoà Bình, làm bài học rút kinh nghiệm cho tính toán xói hạ du hồ
Tuyên Quang.
3. Đã tổng quan đợc các phơng pháp tính toán dự báo diễn biến hạ du
của Liên Xô cũ, của thế giới và xác lập mô hình tính toán xói cho hạ du
thuỷ điện Tuyên Quang.
4. Đã nêu đợc tính u việt và các điểm cần thiết khi sử dụng mô hình
đợc lựa chọn tính toán là mô hình MIKE11, MIKE21C.
5. Đã phân tích đợc đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa chất lòng dẫn khu
vực nghiên cứu hạ du thuỷ điện Tuyên Quang.
6. Đã xây dựng đợc mạng lới tính toán theo mô hình MIKE11 cho toàn
hệ thống sông nghiên cứu chịu ảnh hởng của vận hành hồ Tuyên
Quang.
7. Đã tính toán, phân tích xác lập các kịch bản và thông số đầu vào cho
mô hình tính toán dự báo diễn biến hạ du. Đây là khâu phức tạp nhất và
quyết định cho độ tin cậy của kết quả dự báo. Ưu điểm nổi bật trong
việc lựa chọn thông số đầu vào của mô hình so với các phơng pháp
tính trớc đây cho hồ Hoà Bình là :
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
6
- Tính toán diễn biến theo quá trình tháo xuống hạ lu (Qt) trong
xuốt một năm (365 ngày) mà không phải chỉ tính với một trị số lu
lợng bình quân nh đã tính cho hồ Hoà Bình. Việc tính một giá trị lu

lợng bình quân nh trớc đây là rất sơ lợc và rất xa với thực tế.
- Tính toán chi tiết lợng tháo bùn cát từ hồ xuống hạ lu sau khi
đã trữ lại trên hồ. Các tính toán của Liên Xô và tính cho hồ Hoà Bình
trớc đây đều giả thiết dòng nớc tháo xuống hạ lu là dòng nớc trong
không mang bùn cát ( = 0). Giả thiết này không phù hợp với thực tế vì
sẽ có một phần bùn cát tháo xuống hạ lu qua Tuôc bin và qua xả đáy
và tràn khi hồ hoạt động đợc nhiều năm.
Xử lý các thông số đầu vàobài toán tính diễn biến phù hợp với
thực tế hơn.
8. Đã tính toán dự báo chi tiết diễn biến hạ du theo từng năm : 1, 3, 5, 10,
30,50 năm bằng mô hình MIKE11. Đa ra đợc các kết quả dự báo về :
- Chiều sâu xói ở mỗi mặt cắt.
- Chiều dài xói phổ biến lan truyền theo không gian.
- Sự thay đổi mực nớc hạ du ở vùng gần đập.
Phạm vi diễn biến do ảnh hởng của thuỷ điện Tuyên Quang đợc xác
định tới Việt Trì. Phạm vi biến động dòng chảy do điều kiện tự nhiên kết
hợp với ảnh hởng một phần của vận hành hồ Tuyên Quang và hồ Hoà
Bình đợc xác định rất rộng tới Hà Nội Hng Yên.
9. Đã áp dụng mô hình MIKE21C (Môđun HD) để xác định biến động
thuỷ động lực vùng ngã ba Lô Gâm do ảnh hởng bất lợi của thuỷ điện
Tuyên Quang trong các trờng hợp : Hồ Tuyên Quang cắt lũ, xả lũ, tích
nớc v.v kết hợp với các trờng hợp cực đoan trên sông Lô.
10. Đã áp dụng mô hình MIKE 21C Môđun HD và ST tính toán diễn biến
hình thái khu vực thị xã Tuyên Quang do ảnh hởng của điều tiết hồ
Tuyên Quang. Từ đây đa ra đợc dự báo tình hình khu vực thị xã
Tuyên Quang làm cơ sở cho các giải pháp phòng chống sạt lở.
11. Đã đề xuất giải pháp KHCN phi công trình và công trình chủ động
giảm thiểu các bất lợi ở vùng hạ du do ảnh hởng của vận hành hồ
Tuyên Quang. Đề xuất các giải pháp cho các khu vực trọng điểm trong
đó có thị trấn Na Hang và thị xã Tuyên Quang.

tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
7
Chơng I
Tổng quan chung về xói phổ biến và dự báo xói
phổ biến ở hạ du các công trình thủy điện

I.1. Tổng quan chung Về xói phổ biến ở hạ du các công
trình thủy điện
Khi xây dựng đập ngăn sông tạo kho nớc cho mục đích thủy điện hoặc
cấp nớc sẽ làm cho chế độ thủy lực, thủy văn và lòng dẫn của thợng và hạ
lu đập có những thay đổi căn bản. ở vùng thợng lu đập dâng sẽ hình thành
một kho trữ nớc lớn và đợc điều tiết theo chế độ vận hành của nhà máy thủy
điện. ở đó mực nớc dâng cao, diện tích, dung tích tăng lên và tốc độ dòng
chảy giảm nhỏ làm cho bùn cát của sông lắng đọng lại. Quá trình bồi lắng kéo
dài theo theo tuổi thọ của hồ. ở vùng hạ lu xuất hiện một quá trình biến đổi
hình thái lòng dẫn kéo theo sự thay đổi quan hệ thủy văn giữa mực nớc (H)
và lu lợng (Q). Tháo xuống hạ lu qua tuốc bin thủy điện hoặc tràn xả lũ là
dòng nớc mang rất ít bùn cát. Do đó có sự mất cân bằng giữa khả năng tải cát
của dòng nớc (St) với lợng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lu (S
0
) mà
St luôn lớn hơn S
0
(St >S
0

). Vì thế dòng chảy luôn đói bùn cát này sẽ phải
đào xói lòng dẫn hạ lu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát.
Cũng vì vậy lòng dẫn hạ lu dần dần bị hạ thấp. Quá trình xói lòng sông nh
trên đợc gọi là xói phổ biến ở hạ du công trình thủy điện. Xói phổ biến kéo
dài theo thời gian và lan truyền theo không gian xuôi về hạ lu cho tới giai
đoạn ổn định có thể tới hàng trăm năm và khu vực xói có thể tới hàng trăm
km. Biến đổi lòng dẫn ở hạ du đập thủy điện, trong đó xói phổ biến đã làm
thay đổi chế độ Q H ở hạ lu và ảnh hởng trực tiếp tới các họat động kinh
tế khai thác và quản lý lòng sông.
ở vùng hạ lu lòng sông bị hạ thấp xuống kéo theo sạt lở hai bờ sông
rất mạnh làm mất ổn định cho bản thân công trình thủy điện và các công trình
ven sông nh cầu, bến cảng, cống, trạm bơm, đặc biệt là hệ thống đê chống lũ.
Mực nớc ở hạ lu hạ thấp làm cho các cửa lấy nớc đợc xây dựng trớc đây
có thể bị treo không lấy đợc nớc, các hoạt động giao thông thủy cũng bị
ảnh hởng. Đặc biệt các vùng phân nhập lu trong phạm vi của xói phổ biến
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
8
cũng bị ảnh hởng và lan truyền ra các nhánh sông theo các hiệu ứng của
vùng phân nhập lu. Đó là cha kể vận hành theo chế độ điều tiết phụ tải ngày
đêm của thủy điện làm thay đổi đột ngột mực nớc hạ lu cũng dẫn tới gia
tăng mất ổn định bờ, gây sạt lở bờ vùng hạ rất mạnh.
Hầu nh tất cả các công trình thủy điện trên thế giới ở vùng hạ du đều
diễn ra xói phổ biến theo các mức độ nhiều ít khác nhau. ở bảng I.1 cho thấy
độ sâu xói phổ biến khi đạt tới trạng thái tới hạn ổn định ở một số sông trên
thế giới. Bảng I.2 cho thấy sự thay đổi mực nớc ở hạ du một số công trình

thủy điện ở Liên Xô cũ.
Bảng I.1: Độ sâu xói phổ biến ở hạ du một số hồ chứa trên thế giới.
TT Hồ chứa Sông Độ sâu xói
(m)
Số năm vận
hành (năm)
1 Khubi Colorado 7,1 17
2 Davit Colorado 6,1 30
3 Parker Colorado 4,3 18
4 Tunetin Manistel 3,7 12
5 Reihernal Saladi 3,1 21
6 Cascada Shar 2,2 7
7 Sanmexio Jellow 4,0 4

Công trình thủy điện Hòa Bình là công trình có quy mô và công suất lớn nhất
nớc ta hiện nay. Công trình thủy điện Hòa Bình chính thức đợc vận hành từ
năm 1988 khi tổ m máy thứ 8 tổ máy cuối cùng đợc phát điện. Thông số kỹ
thuật của thủy điện Hòa Bình đợc thể hiện ở bảng I. 3.
Tình hình xói phổ biến diễn ra ở hạ du thủy điện Hòa Bình cũng nằm
trong quy luật chung của vùng hạ du.
Kể từ năm 1988 tới nay qua theo dõi khảo sát đo đạc vùng hạ du thủy
điện Hòa Bình cho thấy nh sau:
+ Trong khoảng 7-8 năm đầu đoạn sông Đà ở hạ du khoảng 9-10 Km
cách đập diễn ra xói phổ biến rất mạnh, xói sâu tới 6 7m và tới năm 1995
đạt trạng thái tới hạn ổn định.
- Xói tiếp tục lan truyền xuôi về hạ du sông Đà, bớc đầu tiên là xói sâu
hạ thấp lòng sông sau đó diễn ra xói ngang mở rộng lòng sông và gây sạt lở
bờ sông Đà nghiêm trọng.
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ

______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
9
+ Từ năm 1995 tới 2004 nghĩa là sau 16 năm vận hành các đoạn tiếp
theo ở hạ du từ khoảng cách 10Km tới 15 Km xói sâu phổ biến đã đạt tới trạng
thái tới hạn.
+ Từ khoảng cách 15Km tới 30 Km trên sông Đà, xói sâu phổ biến diễn
ra rất mạnh với chiều sâu xói từ 1m tới 2m kéo theo xói ngang, sạt lở bờ rất
mạnh.
+ Từ khoảng cách 30Km tới cuối sông Đà (55Km). Quá trình xói sâu
phổ biến diễn ra kết hợp với bồi lòng dẫn xen kẽ nhau. Song xu thế xói chiếm
u thế hơn. Quá trình bồi thờng diễn ra so le đối với bờ đối diện đang có xu
thế xói. Xói sạt lở bờ vùng Tu Vũ (1198) Xuân Lộc (1999) là điển hình cho
ảnh hởng của xói phổ biến trên khu vực này.
+ Sau gần 20 năm xói phổ biến đã ảnh hởng mạnh tới vùng hợp lu
Thao Đà gây ra biến động mạnh ở khu vực này nh:
- Xói sạt lở mạnh vùng Phong Vân bên bờ phải cửa sông Đà (2003)
- Xói sạt lở mạnh vùng Thụy Vân, Minh Nông, Tâm Đức (2002 2004)
bên bờ trái sông Hồng khu vực hợp lu Thao Đà Lô.
- Đặc biệt xói do chế độ điều tiết và thay đổi chế độ thủy lực của sông
Đà đã ảnh hởng lên sông Thao gây biến động mạnh vùng cửa sông Thao từ
Kinh Kệ, Lạng Thị tới cửa sông (2003 2005).

I.2 Tổng quan chung về kết quả tính toán dự báo xói phổ
biến ở hạ du các công trình thủy điện
Do những biến động mạnh ở vùng hạ du công trình thủy điện và các
biến động này ảnh hởng rất lớn tới các hoạt động dân sinh kinh tế vùng hạ du
đặc biệt là ảnh hởng trực tiếp tới ổn định và chế độ vận hành của thủy điện,

nên khi thiết kế công trình thủy điện ngời ta đều phải tính toán dự báo xói
phổ biến và độ hạ thấp mực nớc ở vùng hạ du. Đối với Việt Nam, cơ quan
thiết kế chỉ tính toán dự báo xói phổ biến đối với các công trình lớn, ví dụ nh
công trình Hòa Bình, Sơn La. Với các công trình loại trung bình nh: Tuyên
Quang, Thác Bà, Thác Mơ, Cửa Đạt, Tả Trạch cơ quan thiết kế đã bỏ qua
không tính toán.
Bài toán dự báo xói phổ biến hạ du là bài toán rất phức tạp nó phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Vì vậy có những công trình có nhiều tác giả
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
10
hoặc cơ quan cùng tính toán theo phơng pháp của mình. Có những công trình
lại đợc tính toán qua nhiều giai đoạn khác nhau.
Ví dụ nh tính toán xói hạ du các công trình thủy điện trên sông Nin
(Ai Cập) đã đợc 8 tác giả và cơ quan tính toán. Riêng cơ quan Hydroproject
của Liên Xô cũ đã tính toán dự báo 2 lần và cho hai kết quả khác nhau (xem
bảng I.4).
Từ bảng 1.4 cho thấy kết quả tính toán dự báo của các tác giả và cơ
quan với thực tế trên sông Nin những năm đầu sai khác rất nhiều. Thực tế trên
sông Nin ở hạ du các công trình thuỷ điện những năm đầu hạ thấp mực nớc
mới chỉ từ 0,23m tới 0,7m và độ hạ thấp đáy sông chỉ từ 0,61 tới 0,99m tùy
theo vị trí hạ lu cách đập khác nhau, trong khi kết quả tính toán dự báo tới 6-
10m.
Bảng I.2 : Độ hạ thấp mực nớc và đáy sông do xói phổ biến từ tính toán lý
thuyết và kết quả thực tế ở hạ du và các đập trên sông Nin Ai Cập
TT Các tác giả và các cơ quan

nghiên cứu
Hạ lu đập
ASoan (m)
Hạ lu
đập Es
Na (m)
Hạ lu đập
Hamadi (m)
Hạ lu đập
Asamict (m)

Tính toán lý thuyết

1 G.Mostafa 1957 8,5 8,0 7,0 6,5
2 V.E.B 1960
3 ữ 4 3 ữ 4 3 ữ 4 3 ữ 4
3 S.Shalash 1965
2 ữ 3 2 ữ 3 2 ữ 3 2 ữ 3
4 B. Simons 1965 3,5 3,5 3,5 3,5
5 Hydroproject 1973 3,0 3,5 3,5 3,0
6 S.Shalash 1974 1,37 1,01 1,37 2,90
7 Hydrproject 1976 5,3 7,0 11,0 10,0
Hydrproject 1977 3,0 2,5 6,0 8,0

Kết quả thực tế cho đến 1982

Độ hạ thấp mực nớc 0,25 0.38 0,48 0,70
Độ hạ thấp đáy sông 0,61 0,80 0,99 0,73
Đối với công trình thủy điện Hòa Bình khi đang ở giai đoạn thiết kế
(1972 1986) nhà nớc ra đã tập trung nghiên cứu tính toán dự báo xói phổ

biến. Đây là một cố gắng rất lớn của Nhà nớc ta vì trong lúc này điều kiện
kinh tế và kỹ thuật của chúng ta còn rất khó khăn và hạn chế. Trên cơ sở các
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
11
phơng pháp tính toán của Liên Xô trớc đây đã có các cơ quan và tác giả tính
toán xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình là:
1 - Hydrproject (Liên Xô cũ) 1973
2 - Hydrproject (Liên Xô cũ) 1976
3 - Lê Ngọc Bích (Viện Khoa học Thủy lợi ) 1975
4 - Lu Công Đào (Đại học Xây dựng) 1977
5 - Hoàng Hữu Văn (Viện Khoa học Thủy lợi ) 1985.
6 - Dự án quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng 1994.
Kết quả tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du thủy điện Hòa Bình của
các tác giả cho bảng I.3.
* So sánh các phơng pháp tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du thuỷ điện
Hoà Bình :
+ Những điểm giống nhau của các phơng pháp tính toán xói phổ biến ở
hạ du thuỷ điện Hoà Bình là:
- Cùng dựa vào tài liệu địa hình hạ du sông Đà đo năm 1972.
- Chỉ tính với 1 giá trị Qxả xuống hạ lu: hoặc là Q
TB
nhiều năm
(phơng pháp từ số 1 tới số 4) hoặc là giá trị Q tạo lòng (phơng pháp số 5).
trong suốt thời gian tính toán dự báo. Riêng phơng pháp số 6 tính theo biểu
đồ Q t.

- Các phơng pháp đều giả thiết tháo xuống hạ du là dòng nớc trong
không có bùn cát (p = 0).
- Các phơng pháp đều có bùn cát đáy sông vùng hạ lu là đồng nhất (d
= const)
+ Những điểm khác nhau các phơng pháp tính toán xói phổ biến ở hạ
thuỷ điện Hoà Bình:
- Khác nhau ở công thức sức tải cát của mỗi phơng pháp.
- Khác nhau ở lựa chọn lớp tới hạn tính toán. Có tác giả đã chú ý tới các
gềnh thác trên sông Đà là khu vực lòng dẫn không thể xói (phơng pháp số
5). Có tác giả không chú ý tới vấn đề này.
Năm 1994 sau khi hồ Hòa Bình hoạt động đợc 6 năm, dự án quy hoạch
tổng thể đồng bằng sông Hồng (Red River delta Master plan project) đã tính
toán dự báo xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình đã áp dụng mô hình tính
Wendy của Hà Lan để tính toán dự báo. Ưu điểm của lần tính toán này là :
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
12
- Đã sử dụng quá trình xả xuống hạ lu theo biểu đồ xả của một năm
điển hình trong 6 năm vận hành để mô phỏng tính toán. Đây là điểm nổi bật
nhất vì các tác giả trớc chỉ tính với một giá trị lu lợng trung bình. Tính
toán theo biểu đồ xả phù hợp với thực tế hơn.
- Đã coi năm vận hành đầu tiên của hồ Hoà Bình (1988) là năm gốc cơ
sở để so sánh tính toán.
- Dùng giá trị thực đo bùn cát của trạm hạ lu là trạm Hòa Bình sau khi
hồ vận hành để mô phỏng suốt quá trình tính toán.
Bảng I.3 : Kết quả dự báo lan truyền xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình

TT Tác giả Lu lợng
tính m3/s
Khoảng cách
đập (km)
Thời gian đập tới
hạn (năm)
Độ sâu xói tới
hạn (m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
1 Hydnproject 4500 1 7,5
(Liên Xô cũ) 5 4,2
1973 10 6,8
Cửa sông Thao 2,5
Cửa sông Lô 2
Sơn Tây 0,8
Hà Nội 0
2 Lê Ngọc Bích 4500 1 3,2
(Viện KHTL) 5 3,6
1975 10 7,3
50 2,1
Cửa sông Thao 1,7
Cửa sông Lô
Sơn Tây 0,7
Hà Nội 0,19
3 Lu Công Đào 4500 1 2,5
(ĐH Xây dựng) 5 2,6
1977 10 2,3
Cửa sông Thao 0,9
Cửa sông Lô 0
Sơn Tây 0

tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
13

TT Tác giả Lu lợng
tính m3/s
Khoảng cách
đập (km)
Thời gian đập tới
hạn (năm)
Độ sâu xói tới
hạn (m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
3 Lu Công Đào 4500 1 2,5
(ĐH Xây dựng) 5 2,6
1977 10 2,3
Cửa sông Thao 0,9
Cửa sông Lô 0
Sơn Tây 0
4 Hoàng Hữu Văn 4500 1 42
(Viện Khoa học 5 4 3,8
Thủy lợi ) 1986 10 3,26
50 20 0,42
Cửa sông Thao 0
(1) (2) (3) (4) (5) (6)

5 Quá trình 1 10 6,5
RDMPP lu lợng 5 3 7,2
1995 10 3 7
Cửa sông Thao 50 2,8
Cửa sông Lô 70 1,9
Sơn Tây 90 0,6
Hà Nội 100 0,2
Xói thực tế 1 4-5 6,5
ở hạ lu đập 5 5-6 5,2
Hoà Bình 11 6-7 4,8
15 10 3,7


I.3 Các phơng pháp tính toán dự báo Diễn biến lòng dẫn
ở hạ du công trình thuỷ điện
I.3.1 Nguyên tắc chung của tính toán dự báo biến đổi lòng dẫn ở hạ du

Cho đến nay ngi ta đã s dng rất nhiều cỏc phng phỏp tớnh toỏn
cho phộp d báo bin i lũng dẫn sụng v s thay i mc nc h lu
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
14
cỏc p nc trờn sụng. Cú th phõn chia mt cỏch tng i các phơng
pháp ra thành hai nhóm là nhóm phng phỏp c hc thuỷ lực v nhóm
phng phỏp hỡnh thỏi hc.
Nhóm phơng pháp cơ học thủy lực da trờn vic đồng gii cỏc h

phng trỡnh ca dũng chảy và dòng bùn cát trong lũng sụng. Nhóm phơng
pháp thái học c hỡnh thnh trờn cơ sở các quan hệ tơng quan giữa các
thông số cơ bản của dòng chảy với các thông số hình thái của lòng sông . Các
phơng pháp của nhóm cơ học thuỷ lực thể hiện tính chặt chẽ của lý thuyết và
bn cht vt lý ca cỏc hin tng chính trong bin i lũng sụng. Tuy nhiờn
các phơng trình mô phỏng của nhóm phơng pháp này vẫn khụng th
thể
hiện hết đợc các c thự và tính ngẫu nhiên ca quỏ trỡnh dũng chy và lòng
dẫn. Nhóm phng phỏp hỡnh thỏi hc có thể còn hạn chế v lun chng bản
chất vt lý, nhng ụi khi chỳng vn cú hiu qu hn trong một số đánh giá
chung có tính khai quát về diễn biến vùng hạ du.
I.3.2. Nhóm Các phơng pháp cơ học thuỷ lực
1. Phơng pháp của Levi
Khi chọn h phng trỡnh tổng quát ở trên Levi ó chn h cú phng
trỡnh cõn bng bựn cỏt v cỏc phng trỡnh c bn ca dũng chy khụng ổn
định trong lũng dẫn bin i (Hệ phng trỡnh ca Sant - Venant):

fd
ihy
g
V
xt
V
g
=

++


+


2
21
(1.1)

0.
Q
tx




+=

(1.2)
a. Phơng pháp thứ nhất của Levi
Trong phng phỏp th nht, Levi đã n gin hoỏ h phng trỡnh
( 1.2) bng cỏch a vo h phng trỡnh nhng gi thit ph sau đây
- Gi thit : Lu lng nc khụng i i qua đoạn sông nghiên cứu
trong khong thi gian tớnh toỏn, tng ng vi vic thay phng trỡnh (1.2)
cú tớnh liờn tc ca pha lng bng phng trỡnh:
Q

= const (1.3)
- Gi thit : cao ỏy y
d
v sõu h ca dũng chy c cho l hm
s liờn tc ca to dc x.
- Gi thit : Lũng dn hạ lu có cu to bi cht liu ng nht.
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
15
Sau khi biến đổi h phng trỡnh (1.1), (1.2), (1.3) LeVi đã tiến hành
gii h phng trỡnh này. Kết quả nhn c biến thuc ca s thay i theo
thi gian ca sõu ỏy y
d
= y
d
(t) tng ng vi thit din x= x(t).
Tác giả Kabulovi đã kết hợp h phng trỡnh (1.1), (1.2), (1.3) với
phng trỡnh ca Levi i vi kh nng tải cát ca dũng chy. Vic gii h
phng trỡnh do Kabulovi nờu ra cng dn n kết quả là s xỏc nh mi
tng quan y
d
= y
d
(t) v x = x(t).
Cỏc phng trỡnh (1.2), (1.3) c Lờvi gi l cỏc phng trỡnh ca

dũng chy thay i chm, vỡ c im khụng n nh ca nú c to nờn bi
s bin i lũng dn khi lu lng nc khụng i.
b. Phơng pháp thứ hai của Levi :
Trong phng phỏp th 2, Lờ Vị xut cho dũng chy ờm da trờn c
s gi thit tip theo ca h phng trỡnh tổng quát.
- Gi thit b qua giỏ tr nhỏ
ca phn t
1 V
g
t


trong phng trỡnh
(1.2). Thc cht gi thit ny khụng th c coi nh mt gi thit c lp vỡ
nú c ny sinh trc tip t gi thit Q = const, vy thỡ khi
Q

= const
(
)
2
/QV
Q
V
ttVt

==

, nhng vỡ /0t


= nờn /0Vt

= ; khi ú
phng trỡnh (3.6) cú dng

fd
ihy
g
V
x
=








++


2
2
(1.4)

- Gi thit v tớnh n nh mc nc ca mt phng t do trong mt
khong thi gian tớnh toỏn, cú ngha l y
m
/t 0
Gii cỏc phng trỡnh (1.1), (1.2), (1.3) ó c bin i sang phng
trỡnh vi phõn dng o hm bc nht
21
F
t
y
F
x
y
dd
=


+


(1.5)
Lờ Vị a vo phộp ly tớch phõn h phng trỡnh ph tr ca cỏc
phng trỡnh vi phõn bỡnh thng trong cụng thc i xng

2
11 F
dy
F
dtdx
d

==
(1.6)
T ú ta cú đợc :
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
16

11
;tC Fdx+=

(1.7)

d
dy
F
F
Ct

=+
2
1
2
(1.8)
Vic tỡm nghim h phng trỡnh (1.7) v (1.8) c thc hin bng
phng phỏp phõn tớch th.

Sơ đồ thiết lập phơng trình cân bằng bùn cát đợc thể hiện ở hình I.1

dx
Qs
Q
s
Qdx
s
x

+



Q
s
Qdx
s
x

+



dx
x
y
yd
d

+


dt
x
y
y
d
d


+

dtdx
x
y
y
t
dx
x
y
y
d
d
d
d

+


+

Hỡnh I.1 : Sơ thiết lp phng trỡnh cõn bng bựn cỏt
Đờng mặt nớc v đờng ỏy trong thi im t
Đờng mt nớc v đờng ỏy vo thi im t + dt
2. Phơng pháp của Bernadxki
Bernadxki l mt trong nhng tác giả đầu tiờn s dng phng trỡnh cõn
bng bựn cỏt tớnh toán bin dạng lũng dn vựng hạ lu p. Đ xut ca
ụng
c dựng trong thit k p Rbinxki. Vic tớnh toán bin dạng lũng
sụng theo phng phỏp Bernadxki c thc hin từ vic tớnh bỡnh dũng
chy. Đi vi mi bó dũng, phng trỡnh cõn bng bựn cỏt l:

t
y
bx
Q
dSb

=


1
(1.9)
Qsb : Lu lng bựn cỏt ca dòng.
B : rng ca dòng.
Gi s lu lng dũng chy khụng i dc theo dòng
Qwb=Vbh (1.10)
Bernadxki ly vi phõn phng trỡnh (3.7), ó nhn c h thc sau:

111 11
,
B
Vbh
V x bx hx R R




= + = +







(1.11)

Q
Q
s
s
QdxQdxdt
s
s
xt
x




+++




tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
17
Trong ú R v R
B
: Bỏn kớnh cỏc ng cong ca dòng trong mt ngang
v mt ng. Bin i phng trỡnh (1.1 vi s tr giỳp ca h thc (1.10) v
gi thit rng cú s ph thuc gia q

s
v V trong dng :
Qsb = QsboV,
Trong ú Qsbo v Cỏc giá trị c xỏc nh từ o đạc lu lng bùn
cát v tc dũng chy trong thc t, Bernadxki ó nhn c phng trỡnh
bin dạng ca lũng sụng trong phm vi ca dòng m ta nghiờn cu trong
dng:

()






+=


B
Sbo
d
RR
VQ
t
y
11
1


(1.12)

Phng trỡnh ny c gii bằng phơng pháp sai phõn hu hn.
3. Phơng pháp của Roxinki và Kuzmin
Đây là phng phỏp c s dng nhiu nht ở Liên Xô cũ. Phng
phỏp ca Roxinxki v Kuzmin c s dng trong cỏc cụng trình thuỷ điện
ca Vin Thit k Thu năng mang tờn Juk. Trờn c s phng phỏp ny ta
cú cỏch gii phng trỡnh (1.1) kết hợp với phng trỡnh (1.2) v (1.3) dới
dạng sai phõn hu hn. õy phng trỡnh (1.2) c ti gin n ph
ng
trỡnh chuyn ng u ca Sezi v Manning:

2/3 1/2
1
,Vhi
n
=
(1.13)
Trong ú
x
y
i
m


=

Tớnh toàn s thay i của đờng mặt nớc do c thực hiện theo cụng
thc:

3/10

=
+
+
ttbt
tbt
mttmt
h
h
yy

Trong ú :
y
m
: h mc nc trờn di x ca on sụng cn tớnh toỏn.
H
tb
: sõu trung bỡnh ca dũng chy trờn on sụng.
n : H s nhám.
Cỏc ch s t v (t+t) trong cỏc i lng y
m
v h
tp
tng ng vi thi

im đầu t v (t+t) cui ca khong thi gian tớnh.
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
18
Khỏc vi các phng phỏp c hc thu lc khỏc, trong phng phỏp
ca Roxinxki v Kuzmin cng nh ca Bernadxki đã a ra quan hệ gia lu
lng bùn cát v cỏc thụng s thu lc ca dũng chảy. i lng cú tớnh
quyt nh cho lu lng dũng chy mà các tỏc gi ó tip nhn t hp V/h
0,33

nh đề xuất ca Velicanov. Cỏc tỏc gi đã dựng cỏc ng cong c ca
dũng chy theo quan hệ = f(V/h
0,33
). Trong quỏ trỡnh thc hin tớnh toỏn
c tip nhn hoc l theo ng cong trờn hoc ng cong di ph thuc
vo thụng s V/h
0,33
gim hay tng. Hng i nh th c dựng xỏc nh
c v qua nú xỏc nh lu lng bùn cát Q
s
= Q
Trờn c s phng phỏp ca Roxinxki v Kuzmin ó cú phỏt trin tip
theo ca Kuzmin v Vikulov. Các tác giả ó bổ sung thêm phng phỏp tớnh
toán xúi lở b. Vi mc ớch ny phng trỡnh bin i lũng dn (1.1) c
biu th dng y .

t
y
B
t
B
h
x
d
b
Qs
tl
S





=




(1.14)
Cng sạt lở bờ c xỏc nh bằng kinh nghim thông qua biu
thc:

B
Q
k
t

B
h
s
b
=


(1.15)
Trong ú :
h
b
: sõu t ỏy n cao trỡnh b sụng.
k : Hệ số ph thuc vo dng chất tạo lòng sông v b sụng. k cú giỏ tr
t 0,05 trong trng hp chất tạo lòng sông là hạt ng nht, và 0,01- 0,005
trong trng hp chất tạo lòng sông là cỏt ht nh. Nh vy h phng trỡnh
(1.15) cho phộp gii bi toỏn v s bin dạng lũng dn vi vic tớnh sạt lở bờ.
I.3.3 Nhóm Các phơng pháp hình thái học
C s cỏc phng phỏp hỡnh thỏi hc l s dng số liệu quan trắc thc t

quan h giữa hỡnh thỏi hc lòng dẫn và dũng chy ở trng thỏi t nhiờn v tớnh
toỏn theo s ph thuc với cỏc thụng s ca lũng dn mi sau khi vận hành.
S thay i lũng dn kộo theo quỏ trỡnh thớch nghi ca nú i vi chu trỡnh
thay i dũng chy vì s iu tit ca sụng c ỏnh giỏ bng phng trỡnh
cõn bng bựn cỏt :
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)

19
dtPdw
S
S
tl
.
0



(1.16)
Vic xỏc nh lu lng to lũng cú vai trũ ln trong cỏc phng phỏp
hỡnh thỏi hc, bi vỡ s liờn quan c bn ca hỡnh thỏi hc v cỏc h s của
trong chỳng theo nguyờn tc cú liờn quan n một lu lng no ú c cỏc
tỏc gi đa vào trong tớnh toỏn đó là Qtạo lòng.
Các phơng pháp hình thái học c tin hnh với gi thit rng trong
quỏ trỡnh xúi phổ biến dốc ổn định ca lũng dẫn c thit lp và c xỏc
nh t cỏc h thc hỡnh thỏi h
c.Khi lng bin dạng lòng dẫn c xỏc
nh bng dy lp xúi phổ biến y
d
trên hiu di vựng xúi X v rng B
b xúi.
1. Phơng pháp của Altunin v Buzunov
Altunin v Buzunov đã tính toỏn bin dạng lũng dn vựng h lu đập với
2 gi thit : a) B qua lu lng cực đoan ca l Q

; b) Chỉ tính toán với lu
lng trung bỡnh Q
c

trong thời kỳ có chuyn ng mnh ca bựn cỏt ỏy.
Tng ng vi các giả thiết ú, th tớch lng tr xúi hạ lu l :

xByW
Cd
=
2
1
(1.17)
c tớnh bng h thc hỡnh thỏi hc khỏc nhau i vi mi gi thit.
B
c :
rng vựng xúi mũn.
X : Chiu di min xúi.
Đó l cỏc hm s hoc ca Q

, hoc ca Q
c
v tng ng vi chỳng l
độ sâu dòng chảy và dốc nớc. Cỏc c tớnh ca lũng sụng b xúi c th
hin qua cỏc thụng s ca nú ở trng thỏi tự nhiên, cũn ng mt nớc của
đoạn b xúi có dng nớc đổ với dng parabol bc 2 i vi lũng dn hp v
ng parabol bc 3 vi lũng dn rng.
Thi gian xúi lũng dn trờn chiu di X c xỏc nh t phng trỡnh
(1.16) bng cỏch chia th tớch khi l
ng tr xói c tớnh theo (1.17) cho lu
lợng bựn cỏt ỏy trung bỡnh nm iu kin tự nhiên.
2, Phơng pháp của Lapsenkov
Lapsenkov xác định các c tớnh khỏc nhau ca vật liệu tạo thnh lũng
sông. Chúng bao gồm các hạt cát xen lẫn các hạt thô là sỏi hoặc cuội. Ông

cho rng khi xúi lũng dn đợc tạo thành từ ht cỏt nh thỡ trng thỏi cõn bng
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
20
t c là do gim dốc mt nớc cho tới gii hn ổn định. Trong trng
hp lòng dẫn l si cuội thỡ s cõn bng ca lũng dẫn s t c là do ma sát
của cát rất thô tạo nên i vi s xúi. Lapsenkov a ra 2 biu tớnh toỏn
xúi mũn phổ biến vựng h lu. ở mi biu nhng quan hệ hỡnh thỏi hc
giữa chiu rng, sõu v dốc trong lũng dẫn ổn định đợc tính toán y

với quỏ trỡnh bin i lũng dn cú liờn quan n cỏc thnh phn ca cát tạo
lòng sông. Thi gian xúi c xỏc nh từ phng trỡnh (1.16). Trong trng
hp lòng dẫn l si cui lu lng bựn cỏt và chiều dày lớp sỏi c tớnh
toỏn với việc xét đến sự thô hoá của các hạt vật liệu tạo lòng. Trong trng
hp lòng dẫn tạo thành từ ht cỏt nh thỡ tớnh toán từ s thay i thnh phn
bựn cỏt tháo xuống hạ lu theo thi gian vận hành.
3. Phơng pháp của Xcrlnhikov :
Sau ny cỏc phng phỏp hỡnh thỏi hc xut hin xu hng s dng cỏc
m
i quan h hỡnh thỏi hc đợc xác lập theo lý thuyt th nguyờn. Xu hng
ny lm ny sinh s khác biệt gia cỏc phng phỏp c hc thu lc gn
ỳng với mt s phng phỏp hỡnh thỏi. C th l phng phỏp th 2 ca
Xcrlnhikov v phng phỏp ca Sneer.
Không xem xột đến chuyn ng ca dòng nc, Xcrlnhikov a ra
ng mt nớc trong lũng dn l cỏt nh b xúi cú dng parabol lp phng
v nhn c phơng trình của chiu di lan truyền xói phổ biến là

()
()
10
0
2
0
10
4
31 1
3
p
p
hh
W
xii
ii
Bh h




=




(1.18)
V hạ thấp mc nc theo chiu di xúi phổ biến :

()
3
0
1
1,
3
p
yiix
x


=


(1.19)
Giải nhng phng trỡnh ny bng cỏch thay giỏ tr W c xỏc nh
theo (3.17) khi bit t v dốc thu lc i
p
.
Phng phỏp tớnh toỏn s gim mc nc ở h lu khi có mt phn bựn
cỏt i qua p c Sneer nờu ra nh sau :

4
3
0
m
S
S
P
P

Q
i
i








=
(1.20)
tAi KHCN cp NN : Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm
khi Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đa vào vận hành phát điện và chống lũ
______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________
Báo cáo tổng kết đề tài ( bản cuối)
21
4. Phơng pháp của Rjanixn v Rabkovụi :
Chim v trớ c bit trong nhng phng phỏp theo hng hỡnh thỏi l
phng phỏp ca Rjanixn v Rabkovụi. Phng phỏp ny da vo vic s
dng quan hệ hỡnh thỏi gia rng lũng sụng (B), sõu trung bỡnh (h) v
bỏn kớnh ng cong lũng sụng (r), c thể hin bng th dng
B/h=f(r/B) từ số liu ca on sụng nghiờn cu trong trng tự nhiên. Nhng
gi thit chớnh ca phng phỏp ny l: 1) S ph thuc B/h=f(r/B) vn cũn
phự hp
i vi nhng s thay i do s tự iu chnh của lòng dẫn ở hạ lu;
2) S bin i lũng dn xy ra ở hạ lu là do tỏc dng hoc ca lu lng l

hoc do lu lng nc mựa khụ kéo dài ph thuc vo tng quan ca lu
lng ny với thi gian tn ti ca chỳng; 3) sõu xúi mũn theo di sụng
thay i tuyn tớnh, nh trong phộp gn ỳng th
3 ca Lờ Vị.Vic tớnh toỏn
c thc hin bng cỏch xỏc nh din tớch mt ct dũng chy ổn định ca
lũng sụng b xúi mũn
p
và lu tc quan sỏt c trong dũng chy tự nhiên :

p
o
p
o
Q
Q
V




== (1.21)
Theo ng cong B/h=f(r/B) chn cỏc giỏ tr B
p
v sõu h
p
, tng ng
vi
p
xỏc nh c theo (3.22). Trong gi thit vn tồn tại cỏc bỏn kớnh
ng cong xúi ca lũng sụng r

p
= r
o
. T việc so sỏnh giỏ tr
p
nhn c vi
din tớch thit din dũng chy
o
ca lũng sụng ở tự nhiên với lu lng iu
tiết theo tớnh toỏn i qua Q
p
, xỏc nh c

din tớch tng
p

o
. Từ ú tớnh
c khi lng lòng dẫn b cun trụi W v thi gian tng ng t trong
quỏ trỡnh lan truyền xúi trờn di x. Độ hạ thấp mực nc vựng h lu
c xỏc nh nh trong phng phỏp Roxinxki v Kuzmin, t phng trỡnh
(1.1).
Phng phỏp ca Rjanixn v Rabkovụi cú nhiu vn ang c
tranh lun, trong ú cú cỏch t lu lng tớnh toỏn hng ngy Q
wo
bng lu
lng bỡnh quõn nhiu nm, cng nh gi thit v s khụng thay i cỏc bỏn
kớnh ng cong trong quỏ trỡnh bin i lũng dn. ng thi phng phỏp
ny khụng s dng cỏc mi liờn quan hỡnh thỏi hc với cỏc h s ó cú, m
c to ra từ nhng mi quan h chung nht, phn ỏnh c tớnh quy lut

tnh ca bt k dũng chy no. Vì vậy phơng pháp của Rjanixn v