BÁO CÁO TỔNG KẾT HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THỦY LỰC NGĂN DÒNG CÔNG TRÌNH Ở VÙNG TRIỀU

Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn

trường đại học thuỷ lợi
-------------o0o------------

BáO CáO TổNG KếT Đề TàI CấP CƠ Sở 2009

hướng dẫn tính toán thủy lực
ngăn dòng công trình ở vùng triều
CƠ QUAN CHủ TRì Đề TàI: TRƯờNG ĐạI HọC THủY LợI
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Hồ Sĩ Minh

Hà nội, th¸ng 12 - 2009


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP CƠ SỞ 2009

HƯỚNG DẪN TÍNH TỐN THUỶ LỰC
NGĂN DỊNG CƠNG TRÌNH Ở VÙNG TRIỀU
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PGS.TS. Hồ Sĩ Minh

Người thực hiện:
1.

TS. Nghiêm Tiến Lam

2.

ThS. Dương Thị Thanh Hiền

3.

ThS. Đinh Thế Mạnh

4.

KS. Mai Lâm Tuấn

5.

KS. Hồ Hồng Sao

HÀ NỘI, THÁNG 12 – 2009


MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................3
I. CHỈ DẪN CHUNG ......................................................................................................4
1.1. Đối tượng áp dụng...............................................................................................4
II. XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC TẠI TUYẾN NGĂN DÒNG ...........................................5

2.1. Xác định mực nước thiết kế khi ngăn dịng các cơng trình ở cửa sơng, ven biển
.....................................................................................................................................5
2.2. Xác định mực nước tại vị trí cơng trình ngăn dịng trong vịnh triều, sơng triều .6
III. TÍNH TỐN THỦY LỰC NGĂN DỊNG CƠNG TRÌNH Ở VEN BIỂN, VỊNH
TRIỀU ...........................................................................................................................17
3.1. Tính tốn lưu tốc bằng phương pháp tra biểu đồ ...............................................17
3.2. Tính tốn lưu tốc bằng phương pháp giải tích ...................................................24
IV. TÍNH TỐN THỦY LỰC NGĂN DỊNG CƠNG TRÌNH TRÊN SƠNG TRIỀU
.......................................................................................................................................28
4.1. Khi dịng chảy sơng khơng đáng kể trong mùa kiệt ...........................................28
4.2. Khi có lưu lượng dịng chảy sơng đáng kể Q 0 ...................................................29
V. TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC KHỐI VẬT LIỆU NGĂN DỊNG ...........................32
5.1. Vật liệu ngăn dịng chịu tác dụng của dòng .......................................................32
5.2. Vật liệu ngăn dòng chịu tác dụng của cả dịng và sóng ....................................33
VI. TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG ĐẤT CÁT TRƠI QUA CỬA NGĂN DỊNG ........34
6.1. Lượng đất cát trôi trong trường hợp lấp đứng ..................................................34
6.2. Lượng đất cát trôi trong trường hợp lấp bằng ...................................................36
6.3. Xác định lượng cát trôi bằng phương pháp tra biểu đồ .....................................38
6.4. Ước tính thời gian đắp đập .................................................................................40
VII. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ PHẦN MỀM DUFLOW .....................................42
7.1. Giới thiệu............................................................................................................42
7.2. Cơ sở vật lý và toán học .....................................................................................42
7.3. Cài đặt phần mềm...............................................................................................44
7.4. Sử dụng phần mềm.............................................................................................49
7.5. Ví dụ sử dụng phần mềm DUFLOW .................................................................67

1


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................70

1. Kêt luận: ................................................................................................................70
2. Kiến nghị: ..............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
PHỤ LỤC A: Bảng tính tốc độ truyền triều ..................................................................72
PHỤ LỤC B: Bảng tính khối lượng đất cát trơi ............................................................77
PHỤ LỤC C: Tính tốn thời gian ngăn dòng bằng cát .................................................81

2


MỞ ĐẦU
Xây dựng các cơng trình ở cửa sơng, ven biển, đoạn sơng có thủy triều như: quai
đê lấn biển; đập, cống ngăn mặn giữ ngọt; cảng sông; kè chỉnh trị vùng cửa sông
v.v…luôn luôn phải đối mặt với những khó khăn, phức tạp do thủy triều, sóng biển,
nên khơng thể ứng dụng những phương pháp tính tốn và cơng nghệ ngăn dịng như
các cơng trình trong nội địa, hiện đang áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 285-2002 và 14
TCN 57 – 88: “Thiết kế dẫn dòng trong xây dựng cơng trình thủy lợi”. Hiện nay, khi
ngăn dịng xây dựng các cơng trình nói trên chưa dựa vào một tiêu chuẩn nào để tính
tốn thủy lực, cũng như trong cơng nghệ xây dựng chưa thực hiện đúng trình tự, giải
pháp kỹ thuật v.v...mà chỉ nhờ vào kinh nghiệm truyền thống, cho nên trong q trình
chặn dịng phải làm đi làm lại nhiều lần, thậm chí bị thất bại.
Trong khi chưa có tiêu chuẩn về ngăn dịng các cơng trình vùng triều, đề tài
nghiên cứu khoa học cấp Bộ:“Nghiên cứu tính tốn thủy lực và cơng nghệ ngăn dịng
các cơng trình ở vùng triều „ (2005-2007) đã có những kết quả nghiên cứu về những
vấn đề trên. Tuy nhiên, để giúp cho các kỹ sư tư vấn, nhà thầu thi công khi thiết kế và
tổ chức xây dựng loại cơng trình này cần phải được hướng dẫn tính tốn thủy lực chi
tiết cụ thể, có các các bảng biểu, đồ thị, biểu đồ tra cứu thơng qua những ví dụ để có
thể tham khảo áp dụng thực hành. Để đạt được mục tiêu đó, Trường Đại học Thủy lợi
chủ trì đề tài NCKH cấp cơ sở:“viết hướng dẫn tính tốn thủy lực ngăn dịng cơng
trình ở vùng triều„.

Sản phẩm đề tài dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên, học viên cao học của
trường Đại học Thủy lợi.

3


I. CHỈ DẪN CHUNG
1.1. Đối tượng áp dụng
Cơng trình ngăn dịng ở vùng ven biển, cửa sơng, đoạn sơng, lạch có thủy triều
bao gồm:
1) Quai đê lấn biển để khai thác vùng đất mới phục vụ nông nghiệp, nuôi trồng
hải sản, bảo vệ khu dân cư và phát triển du lịch.
2) Đập kết hợp với cống, âu thuyền để ngăn mặn, giữ ngọt, thốt lũ và giao thơng
thủy.
3) Kè khóa bịt lạch phụ vùng cửa sơng để điều chỉnh lịng sơng, tăng cường
luồng tàu chính.
4) Các đập, kè để chỉnh trị vùng cửa sơng.
5) Cơng trình nối liền đường bộ qua các cửa sơng, tạo vịnh triều kín để tránh trú
bão cho tàu thuyền, tạo hồ nước mặn nuôi trồng thủy sản.
6) Xây dựng nhà máy điện thủy triều.
7) Hàn khẩu đoạn đê biển bị vỡ.
1.2. Giải thích từ ngữ:
- Vùng triều: là vùng ven biển, cửa sông, đoạn sông, lạch có các yếu tố thủy
động lực thay đổi do ảnh hưởng của thủy triều.
- Sông triều: là một con sơng hoặc giới hạn đoạn sơng có thủy triều truyền vào
- Vịnh triều hay thủy vực (tidal basin): là phần biển lấn sâu vào đất liền qua một
hoặc nhiều cửa, khơng có sự tham gia dịng chảy sơng hoặc tham gia khơng đáng kể
trong mùa kiệt.
- Ngăn dịng trong sơng triều: là chặn dịng chảy trong một lịng dẫn có chuyển
động triều. Ngăn dòng gồm 2 giai đoạn: một là thu hẹp lòng dẫn cho đến khi chỉ còn

để lại một đoạn đã được tính tốn dự kiến trước gọi là cửa hạp long và hai là chặn
dòng ở cửa hap long. Thuật ngữ này sử dụng đồng nhất với 14TCN57-88 khi ngăn
dịng cơng trình ở sơng triều.
- Ngăn dịng ở vùng ven biển và vịnh triều : là bao lại một phần vùng ven biển
hoặc vịnh triều theo dự án. Cơng tác ngăn dịng chỉ phụ thuộc mực nước triều và
chuyển động triều qua cửa ngăn dịng.
- Khép kín hay thu hẹp: Q trình thu hẹp dịng chảy trong lòng dẫn, thu hẹp
phần biển, vịnh triều qua một cửa hoặc nhiều cửa; lịng dẫn của sơng nằm trong vịnh.

4


II. XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC TẠI TUYẾN NGĂN DÒNG
2.1. Xác định mực nước thiết kế khi ngăn dịng các cơng trình ở cửa sơng, ven
biển
Hiện nay xác định mực nước thiết kế cho các cơng trình ven biển, đê biển được
lấy theo tiêu chuẩn “Hướng dẫn thiết kế đê biển 14TCN 130-2002” Trong khi chờ ban
hành tiêu chuẩn mới, vẫn áp dụng tiêu chuẩn trên, nhưng có thể tham khảo kết quả đề
nghiên cứu khoa học cấp Bộ:“Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với
từng loại đê và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam do
Trường Đại học Thủy lợi chủ trì (2009) để có thể áp dụng cho thiết kế và nghiên cứu
mới. Cụ thể như sau:
Mực nước thực đo là tổng hợp các yếu tố thiên văn và khí tượng có tính chất
ngẫu nhiên như triều, nước dâng, các dao động cục bộ. Khi đặt trạm quan trắc hải văn
ngoài biển, ta đo được mực nước thực bao gồm tất cả các yếu tố cấu thành mực nước
và trên cơ sở xác định hàm phân bố đặc trưng của mực nước, ta xác định mực nước
ứng với tần suất thiết kế.
Trường hợp khơng có số liệu thực đốc thể xác định mực nước biển như sau:
Mực nước thiết kế là tổng hợp triều thiên văn lớn nhất và các dao đơng khí tượng
Z tk = Z tb + ∆Z + A tr max + A pnd%

(1)

Trong đó:
Z tb là mực nước biển trung bình, được xác định như sau: trên cơ sở tài liệu thực

đo tại trạm hải văn trong thời gian dài với độ cao giả định của trạm, ta xác định được
giá trị mực nước trung bình (nếu liệt tại liệu này có trên 20 năm là tốt nhất). Xác định
cao độ của mực nước trung bình này theo cao độ chuẩn quốc gia, ta có mực nước biển
trung bình tại điểm đó.
∆Z là chênh lệch cao độ của điểm quan trắc với cao độ Hòn Dấu theo hệ cao độ

quốc gia. Theo báo cáo của ngân hàng thế giới thì mực nước biển sẽ tăng lên khoảng
100 cm/100 năm, như vậy khi thIết kế công trình cần phải tính đến sự gia tăng của
mực nước biển và đưa vào thông số A tr max là biên độ triều lớn nhất trong chu kỳ triều.
A tr max là biên độ triều lớn nhất hay còn gọi là biên độ triều thiên văn, là kết quả

tác dụng tương hỗ giữa các lực hành tinh trong đó đáng kể nhất là lực tương hỗ trái
đất, mặt trăng và mặt trời cộng với dao động do địa hình địa phương tạo ra mực nước
triều tại một vị trí nhất định. Vì vậy khi xét A tr max khơng cần để ý đến tần suất.
A pnd% là chiều cao nước dâng do bão ứng với tần suất p%. Vì khi ngăn dịng các

cơng trình ven biển chọn thời gian khơng vào mùa bão nên đại lượng này có thể bỏ qua.
Vì vậy xác định mực nước thiết kế khi ngăn dịng các cơng trình ở cửa sơng, ven
5


biển theo biểu thức:
Z tk = Z tb + ∆Z + A tr max

(2)

Trong tính tốn thực hành, đường tần suất mực nước tổng hợp được xây dựng
cho mỗi 10 km dọc theo đường bờ biển trên cơ sở tài liệu đo đạc bão và tài liệu đo
mực nước đồng thời trong các trận bão theo phương pháp MONTE-CARLO chuỗi tài
liệu mực nước (bao gồm cả nước dâng trong mực nước thực đo tiến hành xây dựng
đường tần suất mực nước). Khi thiết kế căn cứ vào tần suất lựa chọn, tra trên đường
tần suất xác định được giá trị mực nước thiết kế.
2.2. Xác định mực nước tại vị trí cơng trình ngăn dịng trong vịnh triều, sơng
triều
Các bước tính tốn để xác định mực nước như sau:
2.2.1. Tính tốc độ truyền triều trong sông
1) Xác định biểu thức λ và k

λ=

m. A
c0 2 1 + 1 + m A / ω
2

k=
mA =

2

(3)
2

ω 1 + 1 + m 2 A2 ω 2

(4)

c0 2
gu
C 2h

Trong đó:
u – Lưu tốc dịng chảy bình quân mặt cắt (m/s)
h – Độ sâu bình quân theo chiều dài sông (m)
C – Hệ số nhám Chezy (m1/2 /s)
n – Hệ số nhám Manning (m-1/3s)
c 0 – Tốc độ truyền triều khơng kể sức cản lịng dẫn (m/s), c0 = gh
A – Diện tích mặt cắt ngang dịng sơng (m2)
2) Tốc độ truyền triều:
c=

ω
k

=

c0 2
1 + 1 + m 2 A2 / ω 2

=

gh 2
1 + 1 + m 2 A2 / ω 2

(5)

Trong đó:

ω=

2π
- Tần số góc (rad/s)
T

6


+ Bán nhật triều ω = 1,40 × 10 −4 rad / s

ω = 7,26 × 10 −5 rad / s

+ Nhật triều

- Hằng số sóng. Sóng triều truyền vào sơng khi khơng xét đến sức cản lịng dẫn
thì k được xác định như biểu thức (4)
- Tốc độ truyền sóng hay cịn gọi là tốc độ pha, đối với sóng triều truyền vào
sơng được gọi là tốc độ truyền triều. Khi có xét sức cản lịng dẫn c được xác định theo
biểu thức (5).
Với các sông ở Việt nam có thể sử dụng các số liệu sau đây để tính tốc độ truyền
triều.
-

Độ sâu dịng chảy:

h = 3 ÷ 15m

-

Hệ số nhám:

n = 0,025; 0,033; 0,04

-

Lưu tốc dòng chảy trung bình: u = 0,5 ÷ 2,0 m/s

-

Chu kỳ triều (s):

T = 86400s (nhật triều),
T M2 = 44700s (bán nhật triều)

Hồ Sĩ Minh lập phụ lục A1 để tra cứu tốc độ truyền triều đối với nhật triều
và phụ lục A2 đối với bán nhật triều (hoặc sử dụng các biểu đồ từ hình 1 đến hình 6tập phụ lục).Các vùng có chế độ triều khơng đều cũng được xem gần đúng như trị số
tính trong phụ lục A1 và A2.
Ví dụ 1: Triều truyền vào một con sơng rộng, biết:
- Hệ số Chezy C= 50 (m1/2 /s)
- Bán kính thủy lực R = 5 m (xem R =h);
- Lưu tốc dịng triều trung bình mặt cắt khi triều lên và xuống:|u| = 1 m/s ;
- ω = 1,4 × 10 −4 rad / s
- g = 9, 81 m/s2;
Tính tốc độ truyền triều c
Giải: Tính c 0 = gh , biết ω = 1,4 × 10 −4 rad / s ; tính mA rồi thay vào (3) ta có: c =
0, 54 c 0 = 0,54

gh

= 0,54 9,81 × 5 =3,78m/s

Ví dụ 2: Triều truyền vào một con sơng rộng, biết:
- Hệ số Chezy C= 50 (m1/2 /s)
- Bán kính thủy lực R = 8 m (xem R =h);
- Lưu tốc dịng triều trung bình mặt cắt |u| = 1,3 m/s ;
7


- ω = 7,26 × 10 −5 rad / s
- n = 0,025
- g = 9,81 m/s2;
Tính tốc độ truyền triều c.
Giải: Tra phụ lục A1 ta có tốc độ truyền triều c là 4, 45 m/s.
Ví dụ 3: Triều truyền vào một con sông rộng, biết:
- Hệ số Cheszy C= 50 (m1/2 /s)
- Bán kính thủy lực R = 6 m (xem R =h);
- Lưu tốc trung bình mặt cắt |u| = 0,9 m/s ;
- ω = 1,4 × 10 −4 rad / s
- n = 0,033
- g = 10 m/s2;
Tính tốc độ truyền triều c
Giải: Tra phụ lục A2 ta có tốc độ truyền triều là 4, 06 m/s.
3) Giới hạn truyền triều trên các sông ở Việt nam
Theo tổng kết các đoạn sơng có thủy triều ở Việt nam có độ sâu h =3 ÷ 15m, hệ
số nhám n = 0,025; lưu tốc dịng triều trung bình u = 0,5 ÷ 2,0 m/s.
Hồ Sĩ Minh tìm chiết giảm biên độ mực nước theo λ* , k * , biên độ mực nước giảm

dần:
)

)

η (0) = η (l )e λ l cos(ωt + kx )
*

(6)

Trong đó:
)

η (0) - Biên độ mực nước tại vị trí cách cửa biển x= l
)

η (l ) - Biên độ mực nước tại cửa biển, được xác định như trong mục 2.1.

λ* , k * - Biểu thức:
λ* =

n 2uc
2h 7 / 3

(7)

k* =

2π
cT

(8)

Biên độ mực nước giảm được biểu diễn như hình 1 và kết quả như bảng 1

8


6
5
7
4
3
2

1

Qo
1

2

3

4

5

6

7

Hình 1 Chiết giảm biên độ mực nước.
Bảng1. Giới hạn truyền triều trên các sông ở Việt Nam
Độ sâu
h (m)

l (km)
Bán nhật triều

Nhật triều

3

57,9

111,9

4

66,9

129,3

5

74,8

144,5

6

81,9

158,3

7

88,5

170,0

8

94,6

182,8

9

100,3

193,9

10

105,8

204,4

11

110,9

214,3

12

115,8

223,9

13

120,6

233,0

14

125,0

241,8

15

129,5

250,3

Kết quả tính trong bảng 1 khá phù hợp với những số liệu dẫn trong [1]

9


Ví dụ 4: Một sơng triều có chiều rộng trung bình B =200m; C2 = 3600 m/s2;
T=86400s, h=10m; n=0,025; biên độ mực nước tại cửa biển η (l ) =1,2m; u=1,1 m/s (tại
∧

cửa sơng); coi Q 0 = 0.
Hãy tìm biên độ mực nước tại vị trí cách cửa biển x=l= 70km
Giải: Giả thiết xét tại thời điểm t=0 và đơn giản coi cos(ωt + kx) = 1 thì (6) biến
thành:

)

)

η (0)=η (l )e λ x
*

(9)

Trong đó: λ* tính theo công thức (5), λ* = 9,6. 10 −6 l/ m, x=l=70.000; e −0, 672 = 0,51;
∧

η (0)=1,2x 0,51= 0,61m. Như vậy biên độ mực nước tại vị trí cách 70 km giảm 1,2m0, 61m = 0, 59 m.
2.2.2. Truyền triều khi có cơng trình chắn
1) Thay đổi biên độ mực nước
- Sơ đồ truyền triều khi có cơng trình chắn như hình 2

Hình 2: Sơ đồ vị trí cơng trình ngăn dịng trên sơng
Nếu trên sơng triều có cơng trình chắn thì xuất hiện sự dâng cao mực nước, cũng
ηˆ (l )
tức là tăng cao biên độ mực nước theo
,
ηˆ (0)
Trong đó:
)
η (l ) - Biên độ mực nước tại cửa vào (m);
)
η (0) - Biên độ mực nước tại cơng trình chắn (m);
- Tỷ lệ biên độ tính theo Hồ Sĩ Minh:
10


ηˆ (l )
=
ηˆ (0)

1
cos 2

ωl
c

+ sinh 2

(8)
ωl  c 0 

c0

2

  −1
 c 
∧

- Lưu lượng vào cửa sông khi có cơng trình chắn Q(l )
∧

∧

Q(l ) = bcη (0) sin

ωl
c

∧

= bcη (l ) tg

Đối với các sông triều ở Việt nam, tỷ số

ωl

(9)

c

1 ωl 3
ηˆ (l )
≤
biến đổi trong khoảng ≤
2 c 2
ηˆ (0)

cần xét có sự tăng lên của mực nước.Giới hạn truyền triều trên các sông ở Việt Nam
như bảng 2. Kết quả tính tương đối khá phù hợp với những số liệu dẫn trong [1]
Bảng 2: Giới hạn cần xét sự dâng cao mực nước khi có cơng trình chắn trên các sơng
ở Việt Nam

l (km)
Độ sâu h
(m)

Bán nhật triều

Nhật triều

Từ

Đến

Từ

Đến

3

19,3

57,9

37,3

111,9

4

22,3

66,9

43,1

129,3

5

24,9

74,8

46,2

144,5

6

27,3

81,9

52,8

158,3

7

29,5

88,5

57,0

170,0

8

31,5

94,6

61,0

182,8

9

33,4

100,3

64,6

193,9

10

35,3

105,8

68,1

204,4

11

37,0

110,9

71,5

214,3

12

38,6

115,8

74,6

223,9

13

40,2

120,6

77,7

233,0

14

41,7

125,0

80,6

241,8

15

43,2

129,5

83,4

250,3

11


Ví dụ 5: Một sơng triều có chiều rộng trung bình B =200m; C2 = 3600 m/s2;
T=86400s, h=10m; n=0,025; biên độ mực nước tại cửa biển η (l ) =1,2m; l =70 km;
∧

u=1,1 m/s (tại cửa sơng); lưu lượng dịng chảy sông trong mùa kiệt nhỏ, coi Q 0 = 0.
Hãy tìm: Mực nước tại tuyến cơng trình ngăn dịng,
Giải: Tại vị trí l= 70km cách cửa biển có cơng trình chắn thì biên độ mực nước
được tính tốn theo các bước sau:
+ Từ bảng A1 tra được tốc độ truyền triều: c = 6, 02 m/s và tính
c 0 = gh = 9,81 × 10 = 9, 9 m/s
+ Giới hạn đoạn sơng cần xét có sự tăng lên của mực nước trong khoảng
1 ωl 3
≤
≤
2 c 2

là

41.411m ≤ l = 70000 ≤ 124.234m

Như vậy tại vị trí trên cần xét đến sự tăng cao của mực nước
∧

η (l )

+ Thay c, c 0, l vào công thức (8) ta có

∧

η (0)

=0, 81, có nghĩa là tại vị trí đập

∧

chắn biên độ mực nước η (0) = 1,2: 0,81 =1,48 m, tăng hơn so với biên độ mực nước
khi khơng có đập chắn là: 1,48m – 0,61 m (ví dụ 4)= 0,87m.
2) Xác định hệ số biến đổi đổi mực nước, lưu tốc theo L. Voogt Rijkswaterstaat (Cục
cơng trình thủy lợi và giao thơng Hà Lan)
Đặt:

M
g
2π
T

S1 =

S2 =

2π
T

(12)

l
A
g
B

(13)

Trong đó: M là hệ số ma sát được tuyến tính hóa (s/m) là công gây ra do ma sát
trong một chu kỳ triều, nó được tính bằng đại lượng:
M =

8 u max
;
3π C 2 .h

u max =

(14)

u
2π
cos
t
T

C- Hệ số Chezy (m1/2/s);
t - Thời gian tính tốn (s)
12


A – Diện tích mặt cắt ướt (m2)
B – Chiều rộng mặt nước sơng (m)
tìm được hệ số biến đổi mực nước trong bảng 3, hệ số biến đổi lưu tốc trong
bảng 4.
Bảng 3: Hệ số biến đổi mực nước

S1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10,0

15,0

0,2

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,01

0,99

0,4

1,09

1,09

1,08

1,08

1,02

0,89

0,75

0,6

1,21

1,21

1,19

1,15

0,92

0,60

0,43

0,8

1,43

1,41

1,35

1,17

0,70

0,37

0,24

1,0

1,83

1,75

1,53

1,09

0,50

0,24

0,14

1,5

6,15

2,68

1,35

0,66

0,23

0,08

0,04

2,0

2,13

1,45

0,84

0,41

0,11

0,03

0,01

3,0

0,96

0,78

0,48

0,19

0,03

0,00

0,00

4,0

1,32

0,79

0,33

0,09

0,01

0,60

0,60

5,0

1,66

0,63

0,21

0,04

0,00

0,00

0,00

S2

Bảng 4: Hệ số biến đổi lưu tốc
S1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10,0

15,0

1,01

1,01

1,01

1,01

1,00

0,79

S2
0,2

1,01

0,4

1,06

1,06

1,05

1,05

1,00

0,88

0,75

0,6

1,14

1,14

1,12

1,08

0,88

0,61

0,47

0,8

1,26

1,27

1,22

1,06

0,67

0,42

0,32

1,0

1,54

1,48

1,29

0,94

0,49

0,32

0,26

1,5

4,10

1,80

0,94

0,52

0,29

0,21

0,17

2,0

0,98

0,70

0,46

0,32

0,22

0,16

0,13

3,0

0,10

0,20

0,25

0,22

0,15

0,11

0,09

4,0

0,28

0,26

0,22

0,17

0,11

0,08

0,06

5,0

0,36

0,21

0,17

0,13

0,09

0,06

0,05

13


Ví dụ 6: Một sơng triều có chiều rộng trung bình B =200m; C2 = 3600 m/s2;
T=86400s; h=10m; n=0,025; biên độ mực nước tại cửa biển η (l ) =1,2m; u=1,1 m/s (tại
∧

vị trí dự định xây dựng cơng trình).Tại l =70 km cách cửa biển xây dựng một đập
chắn; lưu lượng dịng chảy sơng trong mùa kiệt nhỏ, coi Q 0 = 0.
Hãy tìm: Biến đổi mực nước tại cơng trình chắn và lưu tốc ở cửa vào sơng.
Giải :
- Đơn giản hóa coi u max = u (ứng với t=0);
gM=g

0,85u mac
0,85 × 1,1
= 2,54.10 − 41 / s
= 9,81 × 2
2
C h
60 × 10

S1 =
S2 =

gMT
= 3,5
2π

l
g

A
B

×

2π
=
T

70.000
9,81 ×

200 × 10
200

×

2 × 3,14
= 0,513
86400

Sử dụng bảng3 tìm được hệ số biến đổi mực nước là:
)

η ( x = −l )
= cosh rl =0, 9
)
η ( x = 0)

Kiểm tra giới hạn đoạn sơng cần xét có sự tăng lên của mực nước trong khoảng
1 ωl 3
≤
≤
2 c 2

Ứng với n=0,025; h=10m; T= 864400s, tra phụ lục A1 tìm được c= 6,02m/s
41.411m ≤ l = 70000 ≤ 124.234m

Có nghĩa là đập xây dựng ở vị trí trên cần xét đến sự tăng cao mực nước. Thực
vậy, biên độ mực nước tại cơng trình chắn cách cửa biển 70 km sẽ là 1,2: 0,9=1,33m.
Sử dụng bảng4 tìm được hệ số biến đổi lưu tốc là: 1,01;
u ( x = −l ). A
Au max ( x = −l ) tanh rl
= 1,01
=
=
∧
2π
)
2π

rl
B.l.η ( x = −l )
B.l.η ( x = − l )
T
T

Có nghĩa là: lưu tốc tại cửa vào khi có cơng trình chắn:
u=

1,01 ×

2 × 3,14
2π
)
× 200 × 70.000 × 1,2
× B × l × η ( x = −l ) 1,01 ×
86400
T
=
= 0,616m/s
A
200 × 10

14


Ví dụ 7: Triều truyền trên một đoạn sơng dài 20.000m, một đập sẽ được xây
dựng ở đoạn giữa, cách cửa biển 10.000m. Hãy tìm sự thay đổi mực nước và lưu tốc ở
cửa sơng khi có xây dựng cơng trình chắn trên đoạn sơng nghiên cứu.
Biết: A = 300 m2, B = 500 m, R = 0,9 m, C = 50 m1/2/s, T = 44.700 s. Lưu

tốc lớn nhất ở đoạn giữa sông u max ( x =10.000 ) = 0,45m/s.
Giải: (số liệu do L. Voogt Rijkswaterstaat tính) [6]

c

= g

gM = g

A
= 2,4 m/s,
B

0.85u ( x = −10000) g
= 15.10 − 41 / s
C2R

• Tại vị trí l = 20.000 m (khi chưa xây đập):
S1 =

gMT
= 10
2π

S2 =

2π
= 1,2
A T
g

B
l

Với S 1 = 10, S 2 = 1,2:
)

η ( x = −l )
- Sử dụng bảng 3 có hệ số biến đổi mực nước: )
= cosh rl = 0,15
η ( x = 0)

- Sử dụng bảng 4 có hệ số biến đổi lưu tốc:

Au max ( x = −l ) tanh rl
=
= 0,26
∧
2π
rl
Bl η ( x = − l )
T

• Tại vị trí l = 10.000 m (xây dựng đập) :
S 1 = 10
S 2 = 0,6
Với S 1 = 10, S 2 = 0,6:
)
η ( x = −l )
= cosh rl = 0,60
- Sử dụng bảng 3 có hệ số biến đổi mực nước: )

η ( x = 0)

- Sử dụng bảng 4 có hệ số biến đổi lưu tốc:

Au max ( x = −l ) tanh rl
=
= 0,61
∧
2π
rl
Bl η ( x = − l )
T

Có nghĩa là biên độ mực nước tại cơng trình chắn tăng lên 0,6:0,15=4 lần, và lưu
tốc tại vị trí cửa vào sơng khi khơng có đập chắn sẽ là:
15


2π
6,28
)
)
Au max ( x = −l ) = 0,26 ×
× B × l × η ( x = − l ) = 0,26 ×
× 500 × 20000 × η ( x = −l ) =
44700
T
)
365,3η ( x = −l )
)

)
u max ( x = −l ) = 365,3η ( x = −l ) / A = 1,22η ( x = −l )

lưu tốc tại vị trí cửa vào sơng khi có đập chắn sẽ là:
2π
6,28
)
)
Au max ( x = −l ) = 0,61 ×
× 500 × 10000 × η ( x = −l ) =
× B × l × η ( x = − l ) = 0,61 ×
44700
T
)
428,5η ( x = −l )
)
)
u max ( x = −l ) = 428,5η ( x = −l ) / A = 1,42η ( x = −l )

Như vậy khi có đập chắn thì lưu tốc ở cửa vào tăng hơn khi khơng có đập chắn
gần 20% .

)

Ví dụ 8: T = 86400 s, B=200m, chiều dài vịnh triều L=20000m, η =1,2m,
c=6,02m/s. Tìm lưu lượng tại x = - 10.000 m .
Giải:
Ta có: λ = cT = 6,02 × 86400 = 520.000m , L = 20.000m ,

L

λ

< 20. Điều kiện này

được xem như một vịnh triều
Thời gian triều truyền từ đầu vịnh đến cuối vịnh là: τ =

L 20.000
=
= 3300 sec
c
6,02

Lưu lượng triều lớn nhất vào đầu vịnh là:
2 × 3,14
)
Q = B.L.η .ω = 200 × 20.000 ×
= 291m 3 / s
86.400

Lưu lượng ở vị trí x = 10000 m (cuối vịnh) xác định theo :

Q

max

)
( x, t ) = − Bη ω ( L − x)

Q( x = 10000) = −200 × 1.2 ×

2 × 3,14
× (20.000 − 10.000) = 174m 3 / s
86400

16


III. TÍNH TỐN THỦY LỰC NGĂN DỊNG CƠNG TRÌNH Ở VEN
BIỂN, VỊNH TRIỀU
• Các cơng trình ngăn dịng ở ven biển thường là:
- Quai đê lấn biển để khai thác vùng đất mới phục vụ nông nghiệp, nuôi trồng hải
sản, bảo vệ khu dân cư và phát triển du lịch.
- Đập kết hợp với cống, âu thuyền để ngăn mặn, giữ ngọt, thốt lũ và giao thơng
thủy.
• Các cơng trình ngăn dịng ở vịnh triều thường là:
- Cơng trình nối liền đường bộ qua các cửa sông; tạo vịnh triều kín để tránh trú
bão tàu thuyền; tạo hồ nước mặn nuôi trồng thủy sản.
- Hàn khẩu đoạn đê biển bị vỡ.
Tính tốn thủy lực ngăn dịng cho các cơng trình này dùng phương pháp tra biểu
đồ hoặc bằng phương pháp giải tích
3.1. Tính tốn lưu tốc bằng phương pháp tra biểu đồ
3.1.1. Điều kiện sử dụng biểu đồ
Chiều dài vịnh triều L nhỏ hơn rất nhiều chiều dài bước sóng triều λ , tức là:
L<< λ
3.1.2. Sơ đồ tính tốn lưu tốc (hình3).

Hình 3: Sơ đồ tính tốn lưu tốc qua cửa ngăn dịng
Trong đó:

L - Chiều dài vịnh triều (m);
b - Chiều rộng vịnh triều (m);
b s - Chiều rộng cửa ngăn dòng ứng với một giai đoạn thu hẹp (m),
h - Độ sâu vịnh triều tính đến mực nước trung bình (m);
)
h - Biên độ triều (m).
a – Cao độ đỉnh đập ngăn dòng so với mực nước trung bình (lấp bằng) và
từ mực nước trung bình tới mực nước đỉnh triều (lấp đứng);
17


3.1.3. Biểu đồ lưu tốc thiết kế (HàLan) [7]
V
max
____
h

4

Y= oo
Y= 300
Y= 200
Y= 150

TriỊu lªn

Y=
100
Y=
80

3

Y=
Y= 60
Y= 50
40
Y=
Y= 30
25

2

20
Y= 15
Y=
10
Y=

3
Y= 2
Y= 1
Y=

1

__
a

0

0

-2

-1

h

-5

Y= 1
Y= 2

10

5

Y=

Y=

Y=

2

15
Y
Y= = 20
Y= 25

30
Y
=
40

1

Y=

3

50
60
Y=

Y=

TriÒu xuèng

4

-3 T M2 _____
BK
x
Y = 10 ___
T b h

5

-4

-3

Ghi chú
h = Biên độ triều (m)
T = Chu kú triỊu (s)
TM2 = Chu kú b¸n nhËt triỊu = 44700 (s)

80
Y=

100
150
Y=
00
Y= 2 00
Y= 3
Y= oo

BK = DiƯn tích vịnh triều (m2)
a = Độ cao từ đỉnh đập chặn dòng đến
mực nước trung bình (m)
b = Chiều rộng cửa chặn dòng (m)
Vmax = Lưu tốc lớn nhất mặt cắt cửa chặn dòng (m/s)

Hỡnh 4. Biu lu tc thiết kế
18


3.1.4. Cách sử dụng biểu đồ:

Biểu đồ có hai phần: phía trên dùng để tính lưu tốc qua cửa ngăn dịng khi triều
lên; phía dưới dùng để tính lưu tốc qua cửa ngăn dịng khi triều xuống. Các thơng số
trên biểu đồ được chỉ trên hình 3. Trong biểu đồ:
- Trục tung biểu diễn trị số Vmax ;
)
h

- Trục hoành biểu diễn tri số

a
;
)
h

- Các đường cong được thể hiện bằng tham số Y:
Y = 1 −03.

TM 2 Bk
.
∧
T
bS . h

Trong đó:
T M2 - Chu kỳ bán nhật triều (s);
T - Chu kỳ triều thiết kế (s);
B k - Diện tích vịnh triều, được xem là hằng số (m2) , B k = b.L (m2)
b s - Chiều rộng cửa thu hẹp (m).
Khi áp dụng cho phương pháp lấp đứng thì coi a = h
Áp dụng biểu đồ lưu tốc thiết kế khi vịnh triều hoặc cửa sông thỏa mãn tỷ số

L

λ

<< 20 .

Trong đó:
L - Chiều dài vịnh triều (m);
λ - Chiều dài bước sóng triều (m), λ = c.T
−

c- Tốc độ truyền triều (m/s), sơ bộ có thể lấy bằng g. h . Sát với thực tế hơn
tính c theo phụ lục A1, A2.
T - Chu kỳ triều (s);

h - Độ sâu trung bình trong vịnh triều (m).
Các thông số trong biểu đồ với trường hợp lấp đứng và lấp bằng thể hiện trong
hình5

19


a) Mặt bằng

b) Mặt cắt ngang

c) Đập chặn dòng khi lấp bằng

d) Đập chặn dịng khi lấp đứng

Hình 5: Các thơng số trong biểu đồ lưu tốc thiết kế
Trong hình5:
a - Độ cao từ đỉnh đập đến mực nước trung bình (m);
∧

h - Biên độ chu kỳ triều thiết kế (m).
Khi đập nhơ lên cao khỏi mực nước trung bình:
- Đối với lấp bằng:

a
∧

< 0 khi đỉnh đập thấp hơn mực nước trung bình;

h
a
∧

h

> 0 khi đỉnh đập cao hơn mực nước trung bình.

- Đối với lấp đứng ln ln có

a
∧

>0, có thể lấy

h

a
∧

h

=

h
∧

−

, trong đó h là chiều

h

sâu tính từ mực nước trung bình tới đáy sơng.
3.1.4. Các ví dụ áp dụng
Ví dụ 9: Một vịnh triều có đặc trưng như sau:
)
T= 44700 s; L = 2000 m; b= 300 m, h = 1,5m , h tb = 10 m, a = - 6,0 m; b s =50 m.
Ngăn dịng theo phương pháp lấp bằng. Tìm diễn biến q trình lưu tốc trong quá trình
thu hẹp.
Giải:
* Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ:
−

λ = c ⋅ T ≈ g. h = 9,81.10 ⋅ 44700 = 442733 m
20

L

λ

=

2000
<< 20 . Biểu đồ có giá trị áp dụng.
442733

- Tính: B k = b.L = 300 x 2000 = 60000m2
- Tính: Y = 10 −3
a

- Tính:

∧

h

=

TM 2
T

Bk

.

= 10 −3.

^

bs . h

44700 600000
= 10
.
44700 50. 1,5

−6
= −4
1.5

* Sử dụng biểu đồ lưu tốc thiết kế:
- Ứng với triều xuống:

Vmax
^

= 0,37 → Vmax = 0,45m / s

h

- Ứng với triều lên:

Vmax
^

= 0,40 → Vmax = 0,49m / s

h

Ví dụ 10: Vịnh triều có đặc trưng như sau:
^

B k = 600.000 m2; b s = 50 m; a = +0,5; h = 10 m; h = 1,5 ; T = 9h = 32.400 s.
Ngăn dịng theo phương pháp lấp đứng. Tìm diễn biến quá trình lưu tốc trong quá trình
thu hẹp.
Giải:
* Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ:
−

λ = c ⋅ T ≈ g. h = 9,81.10 ⋅ 32400
L

λ

=

- Tính: Y = 10 −3

= 320.000m

2000
<< 20 . Biểu đồ có giá trị áp dụng.
320.000

TM 2 Bk
44700 600000
.
.
≈ 13,5
= 10 −3
^
32400 50 ⋅ 1,5
T
bs ⋅ h

- Tính: a∧ = 0,5 = +0,333
h

1,5

Ứng với triều xuống:

VMax
^

= 1,75 → VMax = 2,1m / s

h

Ứng với triều lên:

VMax
^

= 2,06 → VMax = 2,5m / s

h

21


Ví dụ 11: Vịnh triều có đặc trưng như sau:
−

^

h = 1,8 m, L = 3000 m, b = 350 m, T = 44700s, a = h = 5m , b s = 60 m.

Ngăn dòng bằng phương pháp lấp bằng.
Tìm diễn biến quá trình lưu tốc trong quá trình thu hẹp.
Giải:
* Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ:

Hình 6: Ngăn dòng theo phương pháp lấp bằng.
−

λ = cT = g h ⋅ T = 9,81.5.44700 = 313000m
L

λ

=

3000

<< 20 . Biểu đồ có giá trị áp dụng.
313000

Y = 10 −3

Tính:

a
∧

h

=

TM 2
T

B

⋅

^

bs . h

= 10 −3.

3000.350
= 13
60. 1,8

−5
= −2,7
1,8

Khi triều xuống:

VMax
^

= 0,7 → Vmax = 0,7. 1,8 = 0,94m / s

h

Khi triều lên:

VMax
^

= 0,8 → Vmax = 0,8. 1,8 = 1,07m / s

h

Đối với vịnh triều, các sông ở Việt Nam :
- Độ sâu từ 5 ÷ 10m nên áp dụng lấp đứng, tỷ số

a
^

=

h
a
^

5 10 ^
÷ ^ ; h = 1 ÷ 2m , tỷ số
^
h h

thường từ - 2,5 đến - 5.

h

- Độ sâu trên 10m nên áp dụng phương pháp lấp bằng.
22


Ví dụ 12: Kết quả tính tốn ngăn dịng xây dựng đập ngăn mặn Nghi Quang Nghệ An (1996) bằng phương pháp sử dụng biểu đồ:
- Diện tích mặt nước cửa sơng lúc triều cao = 2.200.000 m2
- Diện tích mặt nước cửa sơng lúc triều trung bình = 1.135.000 m2
^

η - Biên độ triều = 1,88 m

T - Chu kỳ triều = 86400 s
B - Chiều rộng trước khi ngăn dịng= 275 m
h - Độ sâu tính tốn so với mực nước trung bình = 2,5m.
Giải: Sử dụng biểu đồ hình 4, giá trị lưu tốc trong quá trình thu hẹp được thể
hiện như bảng 5.

Bảng 5: Kết quả tính lưu tốc trong các giai đoạn bằng cách tra biểu đồ

Bước

V i (m/s)
b i (m)

Khi triều lên

Khi triều xuống

0

275

0,34

0,30

1

188,8

0,62

0,48

2

149,5

0,72

0,58

3

103,0

0,92

0,82

4

68,5

1,40

1,30

5

60,0

1,60

1,44

6

57,6

1,71

1,50

7

52,6

1,78

1,64

8

38,6

2,42

2,22

9

30,0

2,81

2,74

23