Nghiên cứu một số giải pháp phòng chống sạt nở bờ sông

!"#$%&"'()"*+",+&" &"
Tr ờng đại học XÂY DựNG




Nguyễn Kiên Quyết



Nghiên cứu một số giải pháp phòng chống
sạt lở bờ sông



Chuyên ngành: Xây dng công trình thuỷ
Mã số: 62. 58. 40. 01




Tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà Nội - Năm 2012

Công trình đ ợc hoàn thành tại Tr ờng Đại học Xây dựng






Ng ời h ớng dẫn khoa học:
1. GS. TS. Trần Đình Hợi
2. PGS. TS. Đỗ Văn Đệ



Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Bá Quỳ



Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quỳnh



Phản biện 3: PGS. TS. Phạm Thị H ơng Lan



Luận án sẽ đ ợc bảo vệ tr ớc Hội đồng chấm luận án cấp Tr ờng
họp tại Tr ờng Đại học Xây dựng.
vào hồi giờ ngày tháng năm 2012

Có thể tìm hiểu luận án tại th viện Quốc gia và
th viện Tr ờng Đại học Xây dựng

1

mở đầu
/0"-123")45"-3$6-")78",9"-+$":;<2"%2"
Mặc dầu nhiều năm qua nhà n ớc đã đầu t khá nhiều cho các
công trình chống sạt lở, nh ng thực tế những năm gần đây tình hình
sạt lở trên các hệ thống sông không những không thuyên giảm mà lại
có xu h ớng gia tăng cả về quy mô lẫn mức độ. Điển hình là các sự
kiện sạt lở bờ sông Hồng từ Sơn Tây về Hà Nội, trong đó gây tổn thất
nghiêm trọng là hiện t ợng sạt lở ở đoạn Phú Thịnh thuộc thị xã Sơn
Tây và Ngọc Thụy thuc Gia Lâm, Hà Nội. Trên các sông Cửu Long,
trong vài năm gần đây là các sự kiện sạt lở bờ khu vực Cù lao Long
Khánh, sông Tiền và đoạn đ ờng Quốc Lộ 91 trên sông Hậu.
Để chống sạt lở bờ sông, tùy theo mức độ, nguyên nhân, yêu cầu
sử dụng, khả năng đầu t , ngoài giải pháp phi công trình ra, có thể áp
dụng nhiều loại giải pháp công trình, từ đơn giản đến phức tạp, từ tạm
thời đến vĩnh cửu, nh ng trên góc độ khoa học - công nghệ có thể
chia ra hai loại cơ bản: Công trình chống sạt lở thông qua tác động
vào lòng dẫn, công trình chống sạt lở thông qua tác động vào dòng
chảy, nhất là công trình dạng MH.
Tuy vậy, bên cạnh một số công trình MH đạt hiệu quả tốt nh
Nghi Xuyên trên sông Hồng, Đông Trù trên sông Đuống, Phan Rang
trên sông Dinh v.v vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề khoa học - công
nghệ ch a giải quyết tốt, dẫn đến những hiện t ợng hạn chế đến hiệu
quả của công trình.

=0">"2#3?8"@3&8"3A)")78",9"-+$":;<2"%2"
Luận án đã lý giải hiện t ợng xói bất th ờng tại các cụm MH
vùng ĐBBB.
Luận án đã nghiên cứu kết cấu dòng chảy ở khúc sông cong và
nhận thấy MH bố trí trên đoạn sông cong phải bố trí cánh h ớng
dòng để đón đ ợc dòng chảy theo ph ơng ngang để đẩy ra xa bờ.

2

Xác định đ ợc chiều dài hữu hiệu và góc mở hữu hiệu giữa cánh
h ớng dòng và thân MH.
Luận án đã nghiên cứu kết cấu dòng chảy khi ngập sâu trên bãi
rộng, nhận thấy phân bố vận tốc trên ph ơng ngang sẽ thay đổi khi
mực n ớc thay đổi, trục động lực sẽ dịch chuyển sát vào nơi tiếp giáp
giữa MH và bờ bãi, cắt đứt gốc MH nh đã xẩy ra ở các hệ thống MH
vùng ĐBBB. Từ đó đề xuất giải pháp ổn định gốc MH bảo vệ đ ờng
bờ.
B0"C()"-$D;"2#3$D2")E;")78",9"-+$":;<2"%2"
- Phân tích đ ợc các nguyên nhân, cơ chế làm suy giảm hiệu quả
công trình MH trong chống sạt lở bảo vệ bờ trên đoạn sông cong có
dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng.
- Đề xuất các giải pháp Khoa học - Công nghệ nhằm nõng cao
hiệu quả chống sạt lở bờ của công trình MH ngập trên các đoạn sông
cong, có bãi rộng.
F0",G$"-HI2#"*+"53.J"*$"2#3$D2")E;"
- Đối t ợng nghiên cứu:
+ Công trình chống sạt lở bờ;
+ Luận án chỉ nghiên cứu bố trí hệ thống MH ở đoạn sông cong,
có bãi rộng và dao động mực n ớc lớn.
- Phạm vi nghiên cứu: Kuận án lấy đoạn sông Hồng qua Hà

Nội, cụ thể là đoạn bờ Tầm Xá làm điều kiện nghiên cứu giải pháp
công trình.
L0"53HM2#"53%5""2#3$D2")E;")78":;<2"%2"
- Ph ơng pháp khảo sát thực địa đ ợc sử dụng để bổ sung và
kiểm tra số liệu và kiểm tra kết quả tính toán;
- Ph ơng pháp phân tích, xử lý tổng hợp các số liệu thực đo thủy
văn, địa hình, bản đồ lịch sử, phân tích diễn biến, hình thái đoạn
sông;

3

- Ph ơng pháp mô hình toán nghiên cứu chế độ thủy lực, các
ph ơng án bố trí không gian của các giải pháp chống sạt lở bờ sông
trên đoạn sông cong có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng;
- Ph ơng pháp mô hình vật lý đ ợc sử dụng để nghiên cứu đánh
giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất trong chống sạt lở bờ đoạn
sông nghiên cứu.
N0"O3P2#",Q2#"#Q5")37"R6;")78",9"-+$":;<2"%2"
1) Trên cơ sở các phân tích về kết cấu dòng chảy, cơ chế biến
hình lòng dẫn, tác giả luận án đã xây dựng đ ợc các đ ờng cong và
công thức về quan hệ giữa các yếu tố hình thái lòng dẫn, yếu tố dòng
chảy và các yếu tố bố trí công trình tại các đoạn sông cong, có dòng
chảy ngập sâu trên bãi rộng. Thông qua đó đã làm sáng tỏ các
nguyên nhân và các yếu tố ảnh h ởng đến hiện t ợng sạt lở bất
th ờng tại một số công trình MH vùng ĐBBB, làm cơ sở cho việc đề
xuất các giải pháp công trình, nhằm khắc phục đ ợc những hạn chế
còn tồn tại đối với loại công trình MH chống sạt lở tại các đoạn sông
cong, có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng.
2) Tác giả luận án đề xuất giải pháp chống sạt lở bờ trên đoạn
sông cong bằng công trình MH có cánh h ớng dòng, đã xác định

đ ợc độ dài hợp lý của cánh h ớng dòng; góc hợp lý giữa cánh h ớng
dòng và thân MH.
3) Đối với đoạn sông cong có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng,
tác giả luận án đề xuất chỉ tiêu đánh giá bãi rộng, chỉ tiêu đánh giá
ngập sâu và đề xuất giải pháp chống hiện t ợng tập hậu sau MH, ổn
định bờ.
4) Tác giả luận án đã đề xuất giải pháp để giảm thiểu đ ợc chiều
sâu hố xói tại khu n ớc vật của MH bằng cách giảm l u l ợng tràn
qua đỉnh MH thông qua giải pháp xác định cao trình hợp lý của đỉnh
MH.

4

S0"TG")()")78":;<2"%2"
Luận án gồm 108 trang thuyết minh, 40 bảng, 59 hình vẽ, 2
trang danh mục các công trình nghiên cứu của tác giả có liên quan
đến luận án, 10 trang tài liệu tham khảo, 80 trang phụ lục và một số
hình minh hoạ. Nội dung gồm phần mở đầu, kết luận và 4 ch ơng:
- Ch ơng 1 :Tổng quan các thành tựu nghiên cứu về giải pháp
phòng chống sạt lở bờ sông.
- Ch ơng 2: Cơ sở khoa học và ph ơng pháp nghiên cứu
- Ch ơng 3: Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống sạt lở tại đọan
sông cong có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng
- Ch ơng 4: Eng dụng kết quả nghiên cứu vào công trình thực tế
Ch ơng 1
Tổng quan các thành tựu nghiên cứu về giải
pháp phòng chống sạt lở bờ sông
/0/"23P2#"-3+23"-U;",V", ",HI)"
1.1.1 Trên thế giới
Trong thế kỷ qua, lĩnh vực khoa học về chỉnh trị sông đã có

những b ớc tiến nửa đầu là chậm chạp, nửa sau là v ợt bậc cả về số
l ợng và chất l ợng.
Những nghiên cứu cơ bản về động lực học dòng sông và công
trình chỉnh trị sông bùng nổ trong 50 năm, từ thập kỷ 30 đến thập kỷ
80 của thế kỷ XX, đã đạt đ ợc những thành tựu to lớn và có thể nói
đã dừng lại vào hai thập kỷ cuối của thế kỷ vừa qua.
Hiện nay, tại các n ớc tiên tiến, hầu hết các sông lớn đã có
những công trình điều tiết dòng chảy, các yếu tố dòng chảy bất lợi đã
đựơc khống chế, kiểm soát, nên những vấn đề về chỉnh trị sông về cơ
bản đã đựơc giải quyết, họ đang chuyển sang giai đoạn chỉnh trị sông
phục vụ tôn tạo cảnh quan và cải thiện môi sinh.
Tuy vậy, có những vấn đề vẫn tồn tại dai dẳng, cho đến nay vẫn
ch a giải quyết đ ợc trọn vẹn, nh vấn đề dự báo sạt lở bờ sông, mô
phỏng số các hiện t ợng biến hình 3D. Trong đó, nhiều vấn đề biến

5

hình lòng dẫn vẫn phải dựa chủ yếu vào tính toán theo công thức kinh
nghiệm hay thử nghiệm trên mô hình vật lý, mà mô hình vật lý thì
vẫn còn xa mới giải quyết đ ợc các tiêu chuẩn t ơng tự về chuyển
động bùn cát. Do đó, công trình chỉnh trị sông vẫn là loại công trình
phải thử dần trong từng tr ờng hợp cụ thể.
1.1.2. ở Việt Nam
Hơn 30 năm nay, những đoạn sạt lở bờ nghiêm trọng trên các
sông thuộc đồng bằng Bắc Bộ đã đ ợc khống chế, không để xảy ra vỡ
đê, sạt lở bờ khu dân c để xảy ra tổn thất về ng ời.
Trên đồng bằng Nam Bộ, những công trình chỉnh trị qui mô lớn
đã đ ợc bắt đầu từ những năm 90 của thế kỷ tr ớc, nh công trình gia
cố bờ sông Cổ Chiên ở Vĩnh Long, bờ sông Rạch Sa Đéc, bờ sông
Tiền ở Sa Đéc và ở Tân Châu, bờ sông Hậu ở Long Xuyên v.v. Công

trình chỉnh trị không những đã góp phần chống sạt lở bờ mà còn làm
đẹp cảnh quan môi tr ờng xung quanh.
W miền Trung, một số công trình chỉnh trị ứng dụng các tiến bộ
khoa học kỹ thuật đã thành công, nh công trình cắt sông để bảo vệ
bờ đê Quản Xá trên sông Chu, công trình sử dụng kết cấu hoàn l u
nhân tạo đạt hiệu quả chống sạt lở gây bồi lấp lạch sâu, bảo vệ đê
sông Dinh ở Phan Rang ổn định hơn 14 năm nay.
Đã nắm vững đ ợc các ph ơng pháp nghiên cứu chính, làm chủ
đ ợc một số kỹ thuật và công nghệ cao, các phần mềm tính toán hiện
đại, lực l ợng nghiên cứu t ơng đối có trình độ t ơng xứng với yêu
cầu công việc.
/0=0"23P2#"*42",9"-X2" $"
1.2.1. Tồn tại trong nghiên cứu cơ bản
- Hầu hết các nghiên cứu về MH trên Thế giới và ở Việt Nam
chỉ thảo luận MH không ngập, và cho rằng mực n ớc ngang đỉnh MH
là bất lợi nhất. Nh ng ở Việt Nam, do mực n ớc có dao động lớn,
phần ngập trên MH có khi còn lớn hơn phần từ đỉnh MH trở xuống.

6

- Hầu hết các MH đ ợc xây dựng, gốc MH chỉ nối tiếp mặt với
bờ bãi tràn, trong tr ờng hợp lòng sông có bãi rộng, chủ l u có thể
vòng ra đánh tập hậu phía trong gốc MH.
- MH có cánh h ớng dòng đã đ ợc ứng dụng ở một vài nơi, tuy
nhiên cơ sở khoa học cho loại công trình này (dùng ở đâu và dùng
nh thế nào) còn ch a đ ợc nghiên cứu kỹ.
1.2.2. Tồn tại trong nghiên cứu ứng dụng và vận dụng vào thực tế
- Trong thiết kế các công trình chỉnh trị sông, việc xác định đối
t ợng chỉnh trị và đối t ợng tác động ch a đ ợc nghiên cứu thấu đáo,
dẫn đến việc sử dụng loại hình công trình (gia cố bờ hay MH) không

thích hợp hay xác định cao trình đỉnh không phù hợp.
- Góc lệch của các MH ch a đ ợc xác định theo kết cấu dòng
chảy, hầu hết các MH đều bố trí xuôi thuận theo h ớng dòng chảy;
- Hầu hết các MH xây dựng đều là MH thẳng không có cánh
h ớng dòng;
- Kết cấu MH ch a chú trọng chống xói mũi và gốc, và việc duy
tu sửa chữa định kỳ;
- Ch a tổng kết đánh giá các công trình đã thực hiện để rút ra
các bài học kinh nghiệm.
1.2.3. Tồn tại trong cơ chế quản lý đầu t
- Các dự án công trình chỉnh trị sông th ờng cho thời gian
nghiên cứu quá ngắn, nh ng thời gian thi công lại kéo quá dài, nên
tình trạng nghiên cứu quá sơ sài, công trình không đạt hiệu quả nh
mong muốn là phổ biến.
- Quy chế xét duyệt đồ án ch a khuyến khích áp dụng các tiến
bộ KH-CN, ch a có quy định về chế độ duy tu, bảo d ỡng công trình
chỉnh trị sông.
/0B0"YZ-"*42",9"2#3$D2")E;")78":;<2"%2"
Luận án sẽ đi sâu phân tích các yếu tố ảnh h ởng đến hiệu quả
của công trình tác động vào dòng chảy, và đối t ợng chính là công

7

trình MH. Nội dung mà NCS tập trung đi sâu nghiên cứu đối với
công trình MH nh sau:
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu hố xói cục bộ đầu
MH tại đoạn sông cong;
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ vùng bãi gốc MH trong
điều kiện lòng sông có bãi rộng;
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu hố xói lòng dẫn trong

khu n ớc vật của MH.
Ch ơng 2
cơ sở khoa học và ph ơng pháp nghiên cứu
=0/0"J!-"[G"@3%$"2$\J"@3&8"3A)"
2.1.1. Định nghĩa về khái niệm bãi rộng
Khái niệm về bãi rộng đ ợc thể hiện thông qua hệ số K=(B
b
/B
0
),
là tỷ số giữa bề rộng bãi và bề rộng lòng dẫn cơ sở (ứng với l u l ợng
tạo lòng).
- Nếu 0<K<2,0 là sông có bãi hẹp;
- Nếu K>2,0 là sông có bãi rộng.
2.1.2. Định nghĩa về khái niệm ngập sâu
Công trình chỉnh trị không ngập: Là công trình có cao trình
không bị ngập ở các mực n ớc mùa khô, mùa n ớc trung và mùa lũ,
nghĩa là tỷ số H/D=1 (H độ sâu mực n ớc khu vực xây dựng công
trình ứng với mực n ớc lũ; D chiều cao công trình chỉnh trị).
Công trình chỉnh trị ngập: Là công trình có cao trình ngang bằng
mực n ớc mùa n ớc trung và bị ngập mùa n ớc lũ, nghĩa là tỷ số
1<H/D<1,5.
Công trình chỉnh trị ngầm (ngập sâu): Là công trình có cao trình
ngang với mực n ớc kiệt nh ng bị ngập ở mùa n ớc trung và mùa
n ớc lũ, nghĩa là tỷ số H/D>1,5.

8

=0=0"]3HM2#"53%5"2#3$D2")E;"
2.2.1. Ph ơng pháp phân tích số liệu thực đo

Thu thập bộ số liệu thực tế các công trình chỉnh trị sông đã xây
dựng trong phạm vi ĐBBB và ĐBNB, đặc biệt đi sâu vào ĐBBB. Số
liệu dẫn đều từ các dự án sản xuất, số liệu thực đo về thủy văn, địa
hình và địa chất có cơ sở pháp lý, liệt số liệu dài.
Chỉnh lý số liệu: Tài liệu địa hình, thủy văn đ ợc quy về cùng hệ
cao độ nhà n ớc.
Chập diễn biến: trên mặt bằng, trên mặt cắt ngang.
2.2.2. Ph ơng pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý
- Tỷ lệ mô hình: Tỷ lệ mặt bằng (1/400); tỷ lệ thẳng đứng
(1/100); hệ số biến thái bằng 4; hằng số tỷ lệ vận tốc
v
=10; hằng số
tỷ lệ l u l ợng
Q
=400.000.
- Kịch bản nghiên cứu: Nghiên cứu trên mô hình lòng cứng.
- Các yếu tố quan trắc: Mực n ớc, tr ờng l u tốc, l u h ớng,
mùa lũ và mùa n ớc trung.
- Thiết bị thí nghiệm: (-) Đo l u l ợng chảy vào mô hình qua
một đập tam giác vuông thành mỏng. (-) Đo mực n ớc dùng kim đo
có chia tới đơn vị nhỏ nhất là 1 mm. (-) Đo vận tốc bằng máy đo vận
tốc 50^0J0[ (Delt hydraulics). (-) Đo l u h ớng mặt: chụp ảnh và ghi
băng hình chuyển động của phao nổi. (-) Đo l u h ớng đáy: dùng
tấm kim loại buộc chỉ.
- Kiểm định mô hình: Mô hình đ ợc kiểm định về t ơng tự hình
học, t ơng tự mực n ớc và sửa nhám với cấp l u l ợng lũ, cấp tạo
lòng và cấp kiệt. Kết quả kiểm định mô hình cho thấy các điều kiện
t ơng tự đều đ ợc thoả mãn, đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm.
2.2.3. Ph ơng pháp nghiên cứu trên mô hình toán
- Để giải quyết những mục tiêu đặt ra, luận án sử dụng mô hình

MIKE 21 Flow Model FM (gọi tắt là MIKE21 FM) để nghiên cứu.

9

Đây là mô hình thủy lực với l ới tính toán phi cấu trúc (Flexible
Mesh, viết tắt là FM) là một hệ thống mô hình toán hoàn chỉnh cho
các bài toán thủy lực 2 chiều (2D) mới đ ợc DHI phát triển gần đây.
- Biên cứng: Sử dụng bình đồ tỷ lệ 1/1000 đo năm 2007 của
Công ty TEDI-WECCO.
- Biên lỏng: (-) Biên lũ: lấy theo kết quả tính toán trên mô hình
mạng l ới sông MIKE11, tr ờng hợp lũ 500 năm (tần suất 0,2%),
dạng lũ 1996, điều tiết 4 hồ. (-) Biên tạo lòng: Từ Cửa Đuống ng ợc
về Th ợng cát Q = 11.000 m
3
/s; từ Cửa Đuống xuôi về Vạn Phúc,
Q= 7500 m
3
/s. Mực n ớc tạo lòng tại trạm thủy văn Hà Nội là +9,5m.
- Cơ sở dữ liệu thủy văn phục vụ hiệu chỉnh mô hình: (-) Số
liệu thực đo của Công ty TEDI-WECCO thực hiện năm 2007; (-) Số
liệu thực đo của đề tài KC.08.14/06-10 thực hiện tháng 6ữ7/2008.
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Kết quả cho thấy sự khác
biệt rất nhỏ giữa l u tốc và l u l ợng tính toán với các giá trị thực đo,
nh vậy mô hình đảm bảo độ tin cậy cần thiết.
Ch ơng 3
nghiên cứu đề xuất giải pháp chống sạt lở

tại đọan sông cong có dòng chảy ngập sâu
trên bãi rộng
B0/0"]3_2"-1)3"2#;RD2"23_2"#_R"`8"'$a2"T$62"T4-"

-3Hb2#" $"3\"-3G2#"Cc"d"Oe",TTT"
3.1.1. Phân tích số liệu thực đo
a) ảnh h ởng của hình thái lòng dẫn
Hiện t ợng xói bất th ờng diễn ra hầu hết ở các cụm MH bố trí
trên các đoạn sông cong, do ảnh h ởng của hoàn l u sông cong dòng
chảy ph ơng ngang có ph ơng trùng với trục MH, tổng hợp với hoàn
l u trục ngang sau MH tạo ra kết cấu dòng chảy phức tạp và c ờng
độ rối động lớn.

10
b) ảnh h ởng của bố trí công trình
- MH không có cánh h ớng dòng: Hầu hết các MH xây dựng
trên các triền sông ĐBBB đều là MH thẳng, trục thân MH đặt một
góc với đ ờng bờ, không bố trí cánh h ớng dòng.
- Góc hợp với dòng chảy: Góc giữa trục MH và dòng chảy gần
nh không tuân theo một nguyên tắc nào: trong một cụm công trình
có cái xiên thuận, có cái vuông góc, có cái hơi chếch ng ợc; góc lệch
của các MH ch a đ ợc xác định theo kết cấu dòng chảy, hầu hết các
MH đều bố trí xuôi thuận theo h ớng dòng chảy.
- Cao trình đỉnh MH: Cao trình đỉnh của một số cụm MH
đã xây dựng trên các triền sông vùng ĐBBB đều thấp hơn so với mực
n ớc ứng với l u l ợng tạo lòng, mùa lũ MH ngập sâu từ (5ữ7)m,
thậm chí có cụm MH Tầm Xá, Phú Gia, Tứ Liên còn ngập sâu từ
(7ữ8)m.
- Khoảng cách giữa các MH: Đa số các cụm MH đ ợc xây dựng,
khoảng cách giữa hai MH quá lớn, làm cho đoạn bờ không đ ợc che
chở bởi khu n ớc vật giữa hai MH sẽ bị xói lở.
c) ảnh h ởng của kết cấu công trình
Kết cấu công trình MH phổ biến gồm 2 loại: Mái nghiêng (đá
đổ); công trình cọc BTCT. MH kết cấu cọc BTCT chảy xuyên là loại

công trình chỉ thích hợp cho tr ờng hợp dòng chảy 2D. Trong điều
kiện lòng dẫn có tính 3D mạnh, MH chảy xuyên (cọc BTCT) không
thể thực hiện việc phân bố lại l u tốc trên ph ơng ngang, dòng chảy
buộc ép vào các khe giữa các cọc, làm l u tốc tăng lên, gia tăng gây
xói lòng dẫn.
3.1.2. Nghiên cứu trên mô hình toán
a) Kịch bản nghiên cứu
- Thủy văn: cấp l u l ợng nghiên cứu lựa chọn từ cấp l u l ợng
tạo lòng tới cấp l u l ợng lũ thiết kế;

11
- Lòng dẫn: Lòng dẫn sông Hồng từ cầu Thăng long đến cầu
Ch ơng D ơng;
- Mức độ ngập bãi: độ gia tăng từ (1ữ4)m, với cao trình bãi
(+10).
b) Xây dựng quan hệ giữa độ ngập của bãi và vận tốc trung
bình thủy trực tại gốc và mũi MH với các độ cong khác nhau
Bảng 3.11: Giá trị vận tốc tại thủy trực gốc MH
TT

Độ ngập
bãi (m)
Vận tốc tại thủy trực gốc MH (m/s)

MC3
(B
b
=1,5B
0
)

MC4
(B
b
=2,0B
0
)

MC5
(B
b
=2,5B
0
)
MC6
(B
b
=3,0B
0
)

1

0

0

0

0

0

2

1

0,47

0,43

0,45

0,45

3

2

0,72

0,74

0,76

0,78

4

3

0,95

0,97

1,00

1,10

5

4

1,14

1,18

1,23

1,28


Bảng 3.12: Giá trị chiều sâu hố xói tại gốc MH
TT

Độ
ngập
bãi (m)

Chiều sâu hố xói tại gốc MH (m)

MC3
(B
b
=1,5B
0
)
MC4
(B
b
=2,0B
0
)
MC5
(B
b
=2,5B
0
)
MC6
(B
b
=3,0B
0
)
1

1

0,14

0,04

0,09

0,09

2

2

0,66

0,71

0,76

0,81

3

3

1,17

1,2
1

1,29

1,55

4

4

1,60

1,67

1,79

1,92

Bảng 3.13: Giá trị vận tốc tại thủy trực mũi MH
TT

Độ ngập
bãi (m)
Vận tốc tại thủy trực mũi MH (m/s)

MC3
(B
b
=1,5B
0
)
MC4
(B
b

=2,0B
0
)

MC5
(B
b
=2,5B
0
)

MC6
(B
b
=3,0B
0
)

1

0

0

0

0

0

2

1

0,96

0,9

0,87

0,85

3

2

1,32

1,25

1
,2

1,18

4

3

1,52

1,45

1,40

1,47

5

4

1,78

1,71

1,65

1,50

6

5

1,88

1,80

1,78

1,72

7

6

2,05

1,98

1,90

1,88


12
y = 1,9112x
2
+ 1,3497x - 0,0097
y = 1,4862x
2
+ 1,6333x + 0,0042
y = 1,3049x
2
+ 1,6641x - 0,0043
y = 1,1167x
2
+ 1,6151x + 0,0167
0
0,5
1

1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
VËn tèc (m/s)
§é ngËp (m)
Bb=1,5B0 Bb=2B0 Bb=2,5B0 Bb=3B0
Poly. (Bb=1,5B0) Poly. (Bb=2B0) Poly. (Bb=2,5B0) Poly. (Bb=3B0)

H×nh 3.2: Quan hÖ gi÷a ®é ngËp cña b·i vµ vËn tèc t¹i gèc MH
víi c¸c ®é cong kh¸c nhau
y = 0,9455e
0,9627x
y = 0,99e
0,7357x
y = 1,0164e
0,8561x
y = 0,9897e
0,8167x
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5

ChiÒu s©u hè xãi (m)
§é ngËp (m)
Bb=1,5B0 Bb=2B0 Bb=2,5B0 Bb=3B0
Expon. (Bb=1,5B0) Expon. (Bb=3B0) Expon. (Bb=2B0) Expon. (Bb=2,5B0)

H×nh 3.3: Quan hÖ gi÷a ®é ngËp b·i vµ chiÒu s©u hè xãi t¹i gèc
MH víi c¸c ®é cong kh¸c nhau

13
y = 1,3799x
2
+ 0,5063x + 0,039
y = 1,3882x
2
+ 0,7171x + 0,0385
y = 1,4632x
2
+ 0,7639x + 0,0421
y = 1,5608x
2
+ 0,7464x + 0,0374
0
1
2
3
4
5
6
7
8

0 0,5 1 1,5 2 2,5
Vận tốc (m)
Độ ngập (m)
Bb=1,5B0 Bb=2B0 Bb=2,5B0 Bb=3B0
Poly. (Bb=1,5B0) Poly. (Bb=2B0) Poly. (Bb=2,5B0) Poly. (Bb=3B0)

Hình 3.4: Quan hệ giữa độ ngập của MH và vận tốc tại mũi MH
với các độ cong khác nhau
3.1.3. Lý giải hiện t ợng xói bất th ờng tại các cụm công trình
MH
- Hiện t ợng xói bất th ờng diễn ra hầu hết ở các cụm MH bố trí
trên các đoạn cong gấp, do mũi MH không có móc ngang theo chiều
dòng chảy để hạn chế ảnh h ởng của hoàn l u sông cong. Dòng chảy
ph ơng ngang có ph ơng trùng với trục MH, tổng hợp với hoàn l u
trục ngang sau MH tạo ra kết cấu dòng chảy phức tạp và c ờng độ rối
động lớn, dẫn đến xói lở bờ cộng với xói lở đáy làm cho hố xói vừa
sâu vừa rộng nh đã xẩy ra.
- Hầu hết các tr ờng hợp dẫn ra đều có cao trình đỉnh MH thấp,
dòng chảy tràn đỉnh có độ sâu lớn từ 7 đến 8m, lớn hơn chiều cao
MH, trong điều kiện đó MH làm việc nh một đập tràn, tăng thêm
quy mô của hố xói cục bộ. Những cụm MH có cao trình đỉnh cao
hơn, nh tr ờng hợp cụm MH Nghi Xuyên, không xẩy ra tình hình
này.

14
- Hầu hết các tr ờng hợp đã dẫn đều có vùng bãi rộng và cao,
khi dòng lũ rút từ bãi xuống gặp bờ cao, dòng chảy biến đổi đột ngột
cũng gây ra sạt lở bờ.
- fnh h ởng của mái dốc bờ cũng là yếu tố cần quan tâm, mái
bờ trong các tr ờng hợp nghiên cứu đều rất dốc, gần nh thẳng đứng.

- Về nguyên nhân xuất hiện hố xói lớn bất th ờng sau các MH
vùng Tầm Xá có thể phân tích nh sau: sau khi tấm phên che phủ bị
h hỏng, công trình làm việc nh một MH dòng chảy xuyên thông, là
loại công trình chỉ thích hợp cho tr ờng hợp dòng chảy 2D. Tại Tầm
Xá, lòng dẫn và dòng chảy mang tính chất 3D rõ rệt, các hàng cọc
không đẩy đ ợc chủ l u ra xa bờ, ng ợc lại chủ l u bị ép chảy chen
vào giữa các khoang cọc hẹp, vận tốc tăng lên làm hố xói cục bộ
cũng tăng lên. Đồng thời, do cao độ đỉnh MH thấp (+7,0m) so với
mực n ớc lũ (+12ữ+13)m, dòng chủ l u khi rút xuống từ bãi qua bờ
dốc không gia cố đã tạo thành dòng hoàn l u trục ngang moi xói
thêm lòng sông sau MH. Kết hợp loại xói ngang và xói dọc làm cho
hố xói vừa rộng, vừa sâu. Khi đã bị xói sâu, các cọc mất ổn định bị
đổ hoặc xiêu vẹo là điều dễ hiểu.

15
B0=0"2#3$D2")E;"#$f$"53%5" G"-`1"-`D2"JZ-"Tg2#"
)h2#"-`i23")3G2#"[ ":W""-`D2",&.2"[h2#")&2#""
3.2.1. Các ph ơng án bố trí công trình
Tổng hợp các ph ơng án bố trí công trình trong bảng 3.14.
Bảng 3.14: Các ph ơng án bố trí công trình
Các PA nghiên cứu

CHD tạo
với thân
MH góc
90
0

(PA1)
CHD tạo

với thân
MH góc
105
0

(PA2)
CHD tạo
với thân
MH góc
120
0

(PA3)
CHD tạo
với thân
MH góc
135
0

(PA4)
CHD tạo
với thân
MH góc
150
0

(PA5)
C.dài CHD bằng
C.dài thân MH
PA1-1 PA2-1 PA3-1 PA4-1 PA5-1

C.dài CHD bằng
0,6 C.dài thân MH
PA1-2 PA2-2 PA3-2 PA4-2 PA5-2
C.dài CHD bằng
0,4 C.dài thân MH
PA1-3 PA2-3 PA3-3 PA4-3 PA5-3
3.2.2. Kết quả nghiên cứu
Bảng 3.15: Vận tốc trung bình thủy trực tại mũi MH
TT

Các PA nghiên
cứu

Vận tốc trung bình thủy trực tại mũi
MH (m/s)
1

PA0


0,56

2

PA1

PA1
-
1

0,70

PA1
-
2

0,66

PA1
-
3

0,67

3

PA2

PA2
-
1

0,66

PA2
-
2

0,60

PA2
-
3

0,
63

4

PA3

PA3
-
1

0,59

PA3
-
2

0,51

PA3
-
3

0,56

5

PA4

PA4
-
1

0,61

PA4
-
2

0,53

PA4
-
3

0,58

6

PA5

PA5
-
1

0,63

PA5
-
2

0,55

PA5
-
3

0,61


16
3.2.3. Xác định các tham số hợp lý của MH có CHD
Hiệu quả của MH có CHD đ ợc đánh giá bằng hệ số K
v
=V
i
/V
0

là hệ số biến đổi vận tốc theo các ph ơng án bố trí khác nhau.
Trong đó
+ K
v
: Hệ số biến đổi vận tốc;
+ V
i

: Vận tốc tại mũi MH theo các ph ơng án nghiên cứu;
+ V
0
: Vận tốc tại mũi MH khi ch a bố trí cánh h ớng dòng.
a) Về ảnh h ởng của độ dài CHD
Với các yếu tố khác nh nhau, hệ số K
v
giảm dần khi độ dài
CHD trong khoảng K
l
=0,4ữ0,7 (K
l
=L
c
/L
t
; L
c
: chiều dài CHD; L
t
:
chiều dài thân MH) và đạt cực tiểu ở K
l
=0,65; sau đó tăng dần theo
sự tăng chiều dài CHD. Xem bảng 3.16 và hình 3.6.
b) Về ảnh h ởng của góc
Với các yếu tố khác nh nhau, hệ số K
v
sẽ giảm dần từ góc
=90

0
ữ125
0
và đạt cực tiểu ở góc =125
0
, sau đó sẽ tăng dần theo sự
tăng lên của góc ( là góc hợp bởi CHD và thân MH). Xem bảng
3.16 và hình 3.7.
Bảng 3.16: Hệ số biến đổi vận tốc K
v
của MH có CHD
ứng với các ph ơng án bố trí không gian khác nhau
TT

Góc
(độ)
Độ dài cánh h ớng dòng K
l
=L
c
/L
t

0,4 0,6 1
1 90 1,20 1,18 1,25
2 105 1,13 1,07 1,18
3 120 1,00 0,91 1,05
4 135 1,03 0,95 1,09
5 150 1,08 0,98 1,13

17
y = 1,3393x
2
- 1,7857x + 1,5
y = 1,3393x
2
- 1,7857x + 1,5357
y = 1,4881x
2
- 2,0238x + 1,6607
y = 0,8929x
2
- 1,1607x + 1,4464
y = 0,4464x
2
- 0,5357x + 1,3393
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Kl=Lc/Lt
Kv=Vi/V0
an pha =90 an pha=105 an pha =120 an pha =135
an pha =150 Poly. (an pha =120) Poly. (an pha =135) Poly. (an pha =150)

Poly. (an pha=105) Poly. (an pha =90)

H×nh 3.6: Quan hÖ x¸c ®Þnh ®é dµi CHD hîp lý
y = 0,0002x
2
- 0,0402x + 3,5673
y = 0,0001x
2
- 0,0333x + 3,151
y = 0,0001x
2
- 0,0308x + 3,0714
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155
Gãc gi÷a c¸nh h<íng dßng vµ th©n MH (®é)
Kv=Vi/V0
Kl=0,4 Lt Kl=0,6 Lt Kl=1Lt
Poly. (Kl=0,6 Lt) Poly. (Kl=0,4 Lt) Poly. (Kl=1Lt)

H×nh 3.7: Quan hÖ x¸c ®Þnh gãc hîp lý gi÷a CHD vµ th©n MH

18
B0B0"O#3$D2")E;"#$f$"53%5"TG"-`1")h2#"-`i23")3G2#"

[ ":W",&.2"[h2#")Q"'j2#")3fR"2#<5"[_;"-`D2"TV$"
`!2#"
3.3.1. Giải pháp bố trí công trình trên mặt bằng
Đối với đoạn sông có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng, giải
pháp bố trí công trình bảo vệ vùng bãi gốc MH nh sau:
- Gốc MH phải đ ợc kéo dài vào tới chân đê, để ngăn dòng chảy
tập hậu phía gốc MH;
- Nếu vùng bãi quá rộng xa chân đê: phía gốc MH đắp cao thêm
vùng nối tiếp để giảm dòng chảy tràn hoặc trồng cây cản dòng chảy;
- Trong tr ờng hợp gốc MH nối với bãi thì MH phải mở rộng
gốc, đồng thời cần gia cố bờ và đỉnh bờ trên chiều dài khoảng 3 lần
chiều dài MH.
3.3.3. Cao trình đỉnh công trình
Các nghiên cứu thí nghiệm chỉ ra rằng [53], sau khi bố trí MH
vào trong kênh hở, những nhân tố ảnh h ởng tới l u l ợng qua đỉnh
MH có: độ sâu (H) trong kênh, độ cao MH (D), độ sâu đỉnh MH là
(H D), độ rộng kênh (B), chiều dài MH (b
0
), hệ số nhám (n), độ
dốc mặt n ớc (J
s
), độ dốc đáy sông (J
b
), l u l ợng (Q) và số (Fr),
v.v L u l ợng qua đỉnh MH đ ợc biểu thị d ới dạng công thức nh
sau:
12
00
()()
Qb

HD
QBH


=
(3.1)
Trong đó,
1
,
2
là các hệ số thực nghiệm.
Công thức (3.1) có thể viết lại nh sau:

2

AX
Y
=
(3.2)
Trong đó:

0
Q
Y
Q
=
;
1
0
()

b
A
B

=
;
()
HD
X
H

=


19
Từ số liệu đo đạc thí nghiệm trên MHVL đối với công trình MH
xây dựng trên đoạn sông Hồng, xây dựng biểu đồ quan hệ giữa Y và
X đ ợc thể hiện trên hình 3.9

Hình 3.9: Biểu đồ quan hệ
0
()
Q
Y
Q
= và
()
HD
X
H

=
Từ biểu đồ quan hệ trên hình 3.9 viết lại biểu thức (3.2) nh sau:
Y= 0.06X
0.536
(3.3)


1
=1.0063;
2
= 0.536
Công thức tính l u l ợng tràn trên đỉnh MH đối với sông Hồng
đ ợc xác định nh sau:

0,536
0
0,06()
Q
HD
QH

=
(3.4)
Để giảm thiểu xói lòng dẫn trong khu vực n ớc vật MH thì phải
giảm l u l ợng qua đỉnh MH, có nghĩa là giảm chiều sâu n ớc tràn
trên đỉnh MH, hay nói một cách khác là nâng cao trình của MH. Tuy
nhiên, cao trình của MH còn liên quan đến đối t ợng chỉnh trị là bậc
lòng sông mùa n ớc trung hay mùa lũ. Nếu đối t ợng chỉnh trị là bậc
lòng sông mùa lũ qui mô công trình lớn, hơn nữa thời gian xuất hiện

20
mực n ớc lũ là rất ngắn không phát huy đ ợc hiệu quả kinh tế kỹ
thuật. Đối t ợng chỉnh trị đạt hiệu quả về khai thác tổng hợp đoạn
sông là bậc lòng sông mùa n ớc trung. Do vậy, luận án kiến nghị
chiều cao hợp lý của MH bằng 0,7H (H là chiều sâu n ớc vị trí MH
ứng với mực n ớc lũ), có nghĩa là cao trình công trình MH hợp lý là
lớn hơn hoặc bằng cao trình bãi.
Ch ơng 4
ứng dụng kết quả nghiên cứu

vào công trình thực tế
F0/0"2#3$D2")E;",%23"#$%"3$\;"k;f")%)"#$f$"53%5",9"
l;4-")78":;<2"%2",G$"*m$",&.2"Tb"-nJ"l%"[h2#"
3X2#"
"Đánh giá hiệu quả của các giải pháp công trình chống sạt lở bờ
trên đoạn sông cong có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng đề xuất
trong Ch ơng 3, đ ợc tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý.
4.1.1. Giải pháp công trình MH có cánh h ớng dòng điều chỉnh
độ cong (GP1)
Thay thế hệ thống MH Tầm Xá bằng 17 MH có cánh h ớng
dòng, trong đó 11 MH th ợng l u cầu Nhật Tân và 6 MH hạ l u cầu
Nhật Tân. Mục tiêu của hệ thống công trình MH là đẩy chủ l u và
h ớng dòng chảy xuôi thuận về phía hạ l u; cao trình đỉnh MH
(+10,0m) bằng cao độ mặt bãi; kết cấu MH bằng đá đổ.
4.1.2. Giải pháp mở rộng gốc công trình nối bờ (GP2)
Thay thế hệ thống MH Tầm Xá bằng 20 MH có gốc mở rộng,
dạng hình thang, trong đó 13 MH th ợng l u cầu Nhật Tân và 7 MH
hạ l u cầu Nhật Tân. Mục tiêu của hệ thống công trình MH là đẩy
chủ l u ra xa khu vực bờ lõm; cao trình đỉnh MH (+10,0m) bằng cao

độ mặt bãi; kết cấu MH bằng đá đổ.
4.1.3. Đánh giá hiệu quả : (-) D ới tác động của hệ thống công trình
GP1 và GP2 dòng chảy bên lạch trái xuôi thuận hơn, các MH đã phát
huy tác dụng đẩy dòng chủ l u ra xa bờ chống sạt lở bờ khu vực bãi
Tầm Xá. (-) Đối với gải pháp công trình MH có cánh h ớng dòng:
Cánh h ớng dòng có lợi đối với hòa hoãn sự biến đổi l u tốc dòng
chảy đầu mũi, cải thiện trạng thái chảy đầu mũi, ổn định tr ờng dòng

21
chảy chủ l u và giảm độ sâu hố xói cục bộ đầu mũi MH. (-) Giải
pháp công trình MH mở rộng gốc nối bờ là một giải pháp hữu hiệu
bảo vệ bờ đối với đoạn bờ có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng, d ới
tác động của công trình đã đẩy đ ợc chủ l u ra xa bờ lõm ở các cấp
l u l ợng nghiên cứu, cải thiện kết cấu dòng chảy tốt hơn so với hiện
trạng.
F0=0"E2#"'(2#"@6-"k;f"2#3$D2")E;"-`&2#")h2#"
-`i23")3o23"-`p",&.2"-`;2#"3+"-`D2"[h2#",+"
4.2.1. Nhiệm vụ công trình chỉnh trị: (1) qhống sạt lở bờ, bảo đảm
an toàn tuyến đê trong mùa lũ; (2) Đ a chủ l u mùa n ớc trung về
lạch trái, tạo luồng giao thông thủy.
4.2.2. Bố trí công trình: Bờ phải là một khúc cong, dòng chảy lũ uy
hiếp an toàn đê, cần bố trí hệ thống MH có CHD (H1 & H2) đẩy chủ
l u ra xa bờ phải; MH (H4) và các MH (H5 đến H9) tạo dòng chảy
trơn thuận khi qua cầu. Bờ trái, bờ sông t ơng đối thẳng, nh ng sát
chân đê, bố trí hệ thống MH ngắn từ (T1 đến T15), vuông góc với
h ớng dòng chảy. Mặt bằng bố trí công trình thể hiện trên hình 4.9.
4.2.3. Hiệu quả công trình sau khi xây dựng: Công trình đ ợc xây
dựng vào tháng 2 năm 2008 và hoàn thiện và đ a vào sử dụng tháng
10 năm 2009, hiện nay công trình đã cho hiệu quả tốt.

Hình 4.9: Bố trí công trình chỉnh trị

22
F0B0"E2#"'(2#"@6-"k;f"2#3$D2")E;"*+&")h2#"-`i23"
@3r)"53()"3$\2"-HI2#"[ ":W"Tb" $"k;f2#"3;6"""
4.3.1. Nhiệm vụ công trình chống sạt lở: (1) Chống sạt lở bờ phải
sông Vu Gia, ngăn chặn triệt để hiện t ợng cắt dòng qua bãi, tạo
sông mới nh sau lũ năm 2007. (2) Tăng c ờng ổn định của đoạn
sông trên cơ sở tạo ra một tuyến sông phù hợp với qui luật vận động
tự nhiên của dòng sông.
4.3.2. Bố trí công trình: (-) Xây dựng 01 MH có cánh h ớng dòng ;
(-) Xây dựng 03 MH có kết cấu ĐCHL trên sông Vu Gia th ợng l u
cửa vào sông Quảng Huế mới, với chức năng đẩy dòng mặt ra xa bờ
và bồi lấp bùn cát vào vùng bờ bị sạt lở; (-) Xây dựng 03 MH chữ T
trên sông Vu Gia hạ l u cửa vào sông Quảng Huế mới với mục tiêu
tạo biên tuyến thuận lợi hạ l u đỉnh cong; (-) Xây dựng kè gia cố bờ
trên sông Vu Gia khu vực cửa vào sông Quảng Huế mới; (-)Xây dựng
04 MH để điều chỉnh dòng chảy bờ phải sông Vu Gia th ợng l u cửa
vào sông Quảng Huế cũ, tạo dòng chảy trơn thuận nối tiếp th ợng hạ
l u. Mặt bằng bố trí công trình thể hiện trên hình 4.13.
4.3.3. Hiệu quả công trình: Công trình đ ợc xây dựng vào tháng 3
năm 2010, đã đ ợc nghiệm thu bàn giao đợt 1 cho địa ph ơng vào
ngày 15 tháng 01 năm 2011. B ớc đầu đã cho hiệu quả tốt, đạt
đ ợc mục tiêu đề ra.

Hình 4.13: Bố trí tổng thể công trình

23

Kết luận và kiến nghị
A. kết luận
1. Trên cơ sở các phân tích về kết cấu dòng chảy, cơ chế biến
hình lòng dẫn, tác giả luận án đã xây dựng đ ợc các đ ờng cong và
công thức về quan hệ giữa các yếu tố hình thái lòng dẫn, yếu tố dòng
chảy và các yếu tố bố trí công trình tại các đoạn sông cong, có dòng
chảy ngập sâu trên bãi rộng. Thông qua đó đã làm sáng tỏ các
nguyên nhân và các yếu tố ảnh h ởng đến hiện t ợng sạt lở bất
th ờng tại một số công trình MH vùng ĐBBB, làm cơ sở cho việc đề
xuất các giải pháp công trình, nhằm khắc phục đ ợc những hạn chế
còn tồn tại đối với loại công trình MH chống sạt lở tại các đoạn sông
cong, có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng.
2. Tác giả luận án đề xuất giải pháp chống sạt lở bờ trên đoạn
sông cong bằng công trình MH có cánh h ớng dòng, đã xác định
đ ợc độ dài hợp lý của cánh h ớng dòng; góc hợp lý giữa cánh h ớng
dòng và thân MH đ ợc thể hiện trên 2 biểu đồ 3.6 và 3.7, thông qua
biểu đồ tác giả luận án đã chỉ ra đ ợc rằng, MH có cánh h ớng dòng
sẽ cho hiệu quả tốt khi:
+ Độ dài hữu hiệu của cánh h ớng dòng bằng 0,65 chiều dài
thân MH;
+ Góc giữa cánh h ớng dòng và thân MH hữu hiệu là 125
0
.
3. Đối với đoạn sông có dòng chảy ngập sâu trên bãi rộng, tác
giả luận án đề xuất chỉ tiêu đánh giá ngập sâu thông qua tỷ số giữa
độ sâu khu vực xây dựng công trình ứng với mực n ớc lũ và chiều
cao công trình chỉnh trị; chỉ tiêu đánh giá bãi rộng thông qua tỷ số
giữa bề rộng bãi và bề rộng lòng dẫn cơ sở. Để giảm thiểu đ ợc hiện
t ợng xói bất th ờng tại gốc MH bố trí trên đoạn sông có dòng chảy