Nghiên cứu những biến động thủy động lực trong dòng sông khi bố trí các công trình tác động vào dòng chảy và lòng dẫn

1
MỞ ĐẦU

1- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, các công trình chỉnh trị đoạn cạn còn tồn tại nhiều vấn đề làm hạn
chế hiệu quả xói sâu và ổn định luồng lạch. Trong chuẩn tắc luồng tầu, yếu tố độ
sâu dòng chảy là quan trọng nhất, nhưng yếu tố này liên quan đến mực nước và
cao trình đáy sông.
- Khi có sự biến động lòng dẫn dưới tác động của công trình chỉnh trị đoạn cạn,
vấn đề quan trọng nhất là độ sâu xói phổ biến do tác dụng thu hẹp dòng chảy gây
ra.
- Sự biến động mực nước có liên quan đến độ dâng cao mực nước ở thượng lưu
do công trình chặn dòng gây ra và độ hạ thấp mực nước cuối hệ thống do nối tiếp
với trạng thái tự nhiên ở hạ lưu. Chính sự dâng cao mực nước do tác dụng cản trở
dòng chảy của công trình chỉnh trị, ngoài ảnh hưởng đến thoát lũ, gây sự cố tràn
đê còn gây giảm tốc ở thượng lưu dẫn đến bồi tụ thành bãi cạn ở cửa vào.
Các tài liệu chỉ dẫn kỹ thuật, cho đến nay, chưa có phương pháp tính toán hiệu
quả xói sâu luồng lạch và hiệu ứng dâng nước của các công trình chỉnh trị đoạn
cạn. Vì vậy, các kết quả nghiên cứu của luận án về biến động lòng dẫn và biến
động mực nước sẽ có đóng góp giá trị về mặt lý luận trong lĩnh vực chỉnh trị sông,
phục vụ giao thông thủy.
2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu những biến động thủy động lực trong dòng sông khi bố trí các
công trình tác động vào dòng chảy và lòng dẫn;
- Đề xuất được phương pháp tính toán trị số gia tăng độ sâu luồng tầu do tác
động của hệ thống mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn.
3- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu của luận án:
+ Công trình dạng mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn phục vụ giao thông thủy;
+ Công trình mỏ hàn có kết cấu khối đặc trong dòng chảy ngập và không ngập.

- Phạm vi nghiên cứu của luận án:
+ Luận án lấy các công trình đã xây dựng trên các sông Bắc Bộ, vùng không
chịu ảnh hưởng thủy triều làm điều kiện nghiên cứu.
4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp thu thập thông tin, số liệu, khảo sát thực địa, phương pháp

2
chuyên gia được sử dụng để tích lũy kiến thức, viết tổng quan, tìm vấn đề nghiên
cứu, bổ sung, kiểm tra số liệu và kết quả tính toán;
- Phương pháp phân tích, xử lý tổng hợp các số liệu thực đo thủy văn, thủy lực,
địa hình, bản đồ lịch sử, phân tích diễn biến, hình thái đoạn sông;
- Phương pháp mô hình toán (MHT) được sử dụng để xác định điều kiện biên
thủy văn cho đoạn sông nghiên cứu và tiến hành xây dựng các chương trình tự
động hóa tính toán cho các thuật toán mà luận án đề xuất.
- Phương pháp mô hình vật lý (MHVL) được sử dụng để nghiên cứu kết cấu
dòng chảy, trường động học dòng chảy khu vực mỏ hàn và hiệu quả xói sâu luồng
vận tải thủy do các phương án bố trí mỏ hàn tạo ra.
5- NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1) Dựa trên phân tích hệ thống lý thuyết về trường động học 2D trong lòng
sông khu vực có công trình mỏ hàn và cơ chế xói phổ biến lòng dẫn, tác giả luận
án đã đề xuất mô hình mô phỏng số và lập phần mềm XOLUTA-01, nhằm tự động
hóa tính toán độ xói sâu lòng dẫn do mỏ hàn đơn không ngập gây ra, phục vụ việc
lựa chọn các tham số bố trí từng mỏ hàn trong lập phương án quy hoạch chỉnh trị
đoạn cạn trong giao thông thủy.
2) Để tính toán độ xói sâu luồng lạch do hệ thống mỏ hàn không ngập gây ra,
tác giả luận án đã đề xuất một công thức cải tiến công thức Gill M.A. vốn được
dùng trong tính toán độ xói sâu do một tường dọc thu hẹp liên tục gây ra, bằng
cách nhân thêm hệ số  (λ), với λ là tỷ số của khoảng cách giữa 2 mỏ hàn liền kề
với chiều dài mỏ hàn. Hệ số  (λ) được mô tả bằng một hàm đường cong, thu
được thông qua kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý lòng động.

3) Tác giả luận án đã phân tích các nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến
hiện tượng dâng cao mực nước tại thượng lưu hệ thống mỏ hàn ngập, đề xuất
phương pháp tính toán và xây dựng chương trình phần mềm XOLUTA-02 tính
toán độ dâng cao mực nước trong các trường hợp bố trí mỏ hàn ngập khác nhau,
ứng dụng trong việc kiểm tra ảnh hưởng của công trình đối với đê điều chống lũ
và phân tích diễn biến lòng dẫn khu vực mỏ hàn.
6- BỐ CỤC LUẬN ÁN
Ngoài 2 phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án được trình bày trong 4 chương, 79
trang, 22 bảng biểu và 22 hình vẽ không kể phụ lục:


3
Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÁC VẤN ĐỀ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH MỎ HÀN
1.1.1. Những vấn đề nghiên cứu lý thuyết
- Nguyên lý làm việc của các loại công trình mỏ hàn;
- Mô phỏng chế độ thủy động lực học khu vực mỏ hàn;
- Tính toán xói cục bộ đầu mũi mỏ hàn và bồi lắng lòng dẫn khu vực giữa các
mỏ hàn;
- Tính toán xói phổ biến trong luồng lạch do tác dụng của hệ thống mỏ hàn.
1.1.2. Những vấn đề nghiên cứu ứng dụng
Đối với một đoạn sông cụ thể, cần nghiên cứu:
- Xác định các phương án bố trí không gian cho hệ thống mỏ hàn;
- Tính toán kết cấu và ổn định công trình;
- Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống mỏ hàn đến dòng chảy và diễn biến lòng
sông so với yêu cầu chỉnh trị đặt ra.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ MỎ HÀN

Các nghiên cứu về mỏ hàn thường tiến hành nhiều nhất bằng các thí nghiệm
trên mô hình vật lý, những năm gần đây mới bắt đầu có những nghiên cứu trên mô
hình toán.
1.2.1. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý
Đối với những vấn đề lý thuyết cơ bản, các thí nghiệm thường được tiến hành
trên các máng nước trong các phòng thí nghiệm thủy lực. Đối với những nghiên
cứu ứng dụng, thường tiến hành trên các mô hình của một đoạn sông thực tế, với
các điều kiện có tính địa phương đoạn sông cần chỉnh trị.
Các thí nghiệm về hệ thống mỏ hàn thường được quy định hệ số biến thái
không ảnh hưởng đến tính tương tự của khu nước vật và hố xói cục bộ.
Những kỹ thuật nghiên cứu về kết cấu dòng chảy 3D, lưu hướng mặt, lưu hướng
đáy, chuyển động bùn cát ngày càng được hoàn thiện bằng các thiết bị hiện đại.
Gần đây, Viện thủy lực Đại học Karlsruhe, Liên Bang Đức sử dụng kỹ thuật mới
trong việc đo kết cấu dòng chảy như
phương pháp Particle Tracking
Velocimetry
(PTV) nhằm tính toán trường vận tốc nhanh và chính xác, có được những bức tranh
sống động về kết cấu dòng chảy quanh mỏ hàn. Tuy vậy, những bất cập trong việc
sử dụng mô hình vật lý được rất nhiều nhà thủy lực đề cập đến trong các nghiên cứu

4
của mình, nhất là tính tương tự trong mô hình lòng động.
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán
Cho đến nay, đối với bài toán dự báo biến hình lòng dẫn 1D cho sông có chiều
dài lớn, với ưu thế cho lời giải nhanh, rẻ, mô hình toán (MHT) đã có thể thay thế
mô hình vật lý (MHVL). Với những vấn đề diễn biến lòng sông 2D cho các đoạn
sông ngắn, MHT cũng đang phát triển song song với MHVL. Còn lại vấn đề biến
hình lòng sông 3D, do điều kiện biên quá phức tạp, mà các quy luật chuyển động
bùn cát 3D còn chưa được nghiên cứu đầy đủ, do đó, còn phải tốn nhiều công sức
để làm cho MHT 3D ứng dụng được vào thực tế.

Điểm còn tồn tại của các nghiên cứu trên MHT chủ yếu đề cập đến 2 vấn đề. -Một
là công thức tải cát và công thức sức cản của các hệ phương trình cơ bản không phải
là các công thức lý thuyết chặt chẽ, mà mang nhiều tính chất kinh nghiệm, thường chỉ
thích hợp ứng dụng cho các trường hợp đơn giản 1D (dòng chảy ổn định, bùn cát
đồng đều và tải cát cân bằng). Đối với các vấn đề 2D, 3D, trường hợp dòng chảy
không đều và không ổn định, bùn cát không đồng đều và tải cát không cân bằng
v.v… thì những công thức đó thay đổi như thế nào, hiện nay vẫn chưa rõ. Vì vậy, khó
làm cho mô hình toán phù hợp với thực tế. Hai là, để mở rộng phạm vi sử dụng của
mô hình, nâng cao độ chính xác tính toán, bảo đảm tính ổn định và hội tụ của các
nghiệm, giảm thiểu dung lượng bộ nhớ và tăng tốc độ tính toán, vẫn còn nhiều vấn đề
tồn tại về phương pháp tính và việc vận dụng kỹ thuật tính toán cũng cần được
nghiên cứu.
1.3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VỀ CÔNG TRÌNH
MỎ HÀN
1.3.1. Các nghiên cứu về kết cấu dòng chảy khu vực mỏ hàn
Vấn đề này được nghiên cứu sớm bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Bức
tranh về kết cấu dòng chảy đã được mô tả khá hoàn chỉnh trong các công trình
nghiên cứu của Altunin, Grishanhin, Hâncu S., Lương Phương Hậu, Phạm Thành
Nam. Hiện chưa có những phát hiện gì mới về bản chất hiện tượng, chỉ có những
nghiên cứu mới về phương pháp mô tả. Nghiên cứu của Lương Phương Hậu trong
công trình đảo chiều hoàn lưu có thể coi là một phát hiện mới.
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu về diễn biến lòng sông khu vực mỏ hàn
Các hố xói cục bộ ở trụ cầu hay mỏ hàn trên sông được nghiên cứu nhiều nhất như
các công trình của C.L.N Sastry, G.Tixon (1962), M.A Gill (1968); trên MHVL của V.L

5
Da Cunha (1971), Hâncu (1976), S.C.Jain (1981) và cũng chỉ dừng lại ở các công thức
kinh nghiệm. Những thống kê gần đây cho thấy, có khoảng vài chục công thức kinh
nghiệm tính toán chiều sâu hố xói tại mỏ hàn đơn, như của Koshla (1936), Ahmad
(1953), Antunin và Buzunov (1953), Garde và nnk (1961), Mukhamedov (1971), Gill

(1972), Gas (1976), Neill (1973, 1980), Buy Ngok (1981) v.v. . .
1.3.3. Các nghiên cứu về khoảng cách hữu hiệu giữa các mỏ hàn
Các nghiên cứu về bố trí khoảng cách giữa các mỏ hàn có kết quả cách xa nhau
Theo chỉ dẫn của Mỹ, S = (3  4)L; Nhật Bản theo thống kê S = (1  4)L; trong đó
50% lấy S= (2  3)L. Theo nghiên cứu của Altunin S.T, khoảng cách hợp lý giữa 2
mỏ hàn nên lấy nguyên tắc làm cho dòng nước dâng đạt tới đầu mỏ hàn phía trên.
Kinh nghiệm của Ai Cập là dùng đường thẳng, nối 2 đầu mút mỏ hàn làm cạnh
đáy, từ trung điểm của cạnh đáy vẽ đường thẳng góc vào bờ, khi tỷ số giữa độ dài
đường vuông góc và cạnh đáy hơi lớn hơn 1/3 sẽ phát hiện tác dụng của dòng chảy
đối với đê và bãi không còn nữa. Hệ thống mỏ hàn trên các sông châu Âu, đặc biệt
là trên sông Rhein, sông Elbe… được bố trí dầy đặc, S ≈ L. Nhưng ở Việt Nam,
hầu hết các hệ thống mỏ hàn đã xây dựng có khoảng cách rất thưa, hoặc không
tuân theo một chỉ tiêu nào.
1.3.4. Các nghiên cứu về cao trình đỉnh mỏ hàn
Trên thế giới thông thường tính toán cho mỏ hàn không ngập vì cho rằng, biến hình
lòng dẫn bất lợi nhất xẩy ra trong trường hợp dòng chảy có mực nước ngang đỉnh mỏ
hàn. Dao động mực nước trên đỉnh mỏ hàn không lớn. Nhưng ở Việt Nam, do mỏ hàn
chỉnh trị luồng lạch có cao trình đỉnh ở mực nước thấp, chênh lệch mực nước kiệt và lũ
quá lớn, trên 10m, nên diễn biến lòng dẫn rất phức tạp.
1.3.5. Tính toán dự báo hiệu quả kỹ thuật của công trình
Trên thế giới, những công trình chỉnh trị lớn đều được nghiên cứu trên MHT và
MHVL. Ở nước ta, MHVL thì không phải dễ dàng thực hiện. Những MHT lớn
hiện nay lại rất khó ứng dụng cho loại công trình mỏ hàn, vì kích thước công trình
quá nhỏ so với lưới tính toán. Hiện nay, trong tiêu chuẩn ngành hữu quan cũng
chưa quy định phương pháp tính hiệu quả xói sâu luồng tầu của mỏ hàn. Những
công trình, do chưa nghiên cứu dự báo tốt hiệu quả kỹ thuật của nó, nên không
phát huy tác dụng hoặc dẫn đến những hậu quả xấu.
1.4. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Trong chuẩn tắc luồng tầu, quan trọng nhất là yếu tố độ sâu dòng chảy, mà độ

6
sâu dòng chảy thì liên quan đến mực nước và cao trình đáy sông.
- Sự biến động lòng dẫn, quan trọng nhất là độ sâu xói phổ biến do tác dụng thu
hẹp dòng chảy của mỏ hàn gây ra và sự bồi lắng trở lại khi có nguồn bùn cát đột
xuất tăng cao.
- Sự biến động mực nước khi có mỏ hàn có liên quan đến độ dâng cao mực nước
ở thượng lưu do công trình chặn dòng gây ra và sự hạ thấp mực nước cuối hệ thống
do nối tiếp với trạng thái tự nhiên ở hạ lưu. Chính sự dâng cao mực nước do tác dụng
cản trở dòng chảy của mỏ hàn, ngoài ảnh hưởng đến thoát lũ, gây sự cố tràn đê còn
gây giảm tốc ở thượng lưu dẫn đến bồi tụ thành bãi cạn ở cửa vào.
Với nhận thức trên, xét những nhu cầu thực tế trong công tác tư vấn thiết kế
hiện nay của ngành giao thông thủy, trong phạm vi luận án này, nghiên cứu sinh
(NCS) dự kiến sẽ đi sâu vào các vấn đề sau:
1) Trong thiết kế công trình mỏ hàn, thực tế chỉ quan tâm nhiều đến xói cục bộ
đầu mũi mỏ hàn để tính toán ổn định công trình. Việc tính toán hiệu quả xói sâu
luồng lạch hiện chưa có các chỉ dẫn trong quy trình quy phạm, đối với dự án lớn mới
có điều kiện nghiên cứu thí nghiệm trên MHVL. Các MHT 1D, 2D, 3D với các cách
chia lưới khác nhau (chữ nhật, lưới cong, lưới tam giác ) cũng đều có khó khăn
trong khai báo công trình, vì kích thước công trình nhỏ so với lưới tính toán. Điều đó
dẫn đến kết quả còn hạn chế trong mô phỏng tác dụng của công trình. Để nâng cao độ
chính xác trong tính toán độ xói sâu, luận án đề xuất phương pháp xử lý tương đối
đơn giản nhưng chi tiết và đúng với bản chất vật lý của hiện tượng hơn. Phương pháp
này có thể sử dụng trong công tác thiết kế công trình.
- Để phục vụ việc xác định các phương án tham số bố trí mỏ hàn, luận án
nghiên cứu phương pháp tính toán hiệu quả xói sâu của một mỏ hàn.
- Để phục vụ việc dự báo hiệu quả tổng quát của hệ thống mỏ hàn đối với xói sâu
luồng lạch, luận án đi vào nghiên cứu sự khác biệt của tác động của các phương án
bố trí không gian mỏ hàn so với tác động của tường dọc thu hẹp lòng dẫn liên tục
trên một đoạn dài, xây dựng quan hệ giữa xói mỏ hàn và xói tường dọc. Công thức
tính xói sâu do tường dọc gây ra đã được nghiên cứu và xác lập, được sử dụng phổ

biến, có thể biến đổi công thức này thành công thức sử dụng cho việc tính xói sâu
của hệ thống mỏ hàn, thông qua một hàm số biến đổi.
2) Từ thực tế yêu cầu hàng đầu của các công trình chỉnh trị sông là không ảnh
hưởng đến mực nước an toàn chống lũ của đê điều, đồng thời kết hợp kiểm tra tác
dụng bồi tụ cửa vào luồng lạch do dâng nước, luận án đi sâu nghiên cứu phương

7
pháp xác định độ cao và phạm vi dâng nước lũ của hệ thống mỏ hàn ngập trong
các kịch bản bố trí không gian khác nhau.
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương 1 trình bày tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến luận án,
trên cơ sở đó, luận án đặt vấn đề nghiên cứu: i) phương pháp tính toán hiệu quả
xói sâu của một và hệ thống nhiều mỏ hàn không ngập; ii) phương pháp xác định
độ cao và phạm vi dâng nước lũ của hệ thống mỏ hàn ngập.
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN
ĐỀ XÓI LUỒNG TẦU CỦA MỎ HÀN ĐƠN
a- Cơ sở lý thuyết
- Động học và kết cấu dòng chảy vùng công trình mỏ hàn;
- Tính độ sâu luồng lạch theo lý thuyết cân bằng tải cát trước và sau khi xây
dựng mỏ hàn.
b- Phương pháp nghiên cứu
- Vẽ bình đồ dòng chảy theo phương pháp Velikanov;
- Suy diễn công thức tính lưu tốc tại mặt cắt co hẹp theo phương trình
Bernoulli.
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN
ĐỀ XÓI LUỒNG TẦU CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN
a- Cơ sở lý thuyết
- Công thức xói luồng tầu do tác dụng của tường dọc thu hẹp lòng dẫn gây ra;

- Sự trao đổi bùn cát giữa khu luồng chính và khu vực mỏ hàn, do tồn tại kết
cấu dòng chảy phương ngang.
b- Phương pháp nghiên cứu
- Thí nghiệm trên mô hình lòng động với 9 kịch bản bố trí mỏ hàn khác nhau,
với gián cách mỏ hàn từ 1 đến 8,8.
- Tìm quan hệ giữa hệ số bố trí không gian λ và hệ số hiệu chỉnh độ sâu tính
toán .
2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN
ĐỀ XÁC ĐỊNH ĐỘ DÂNG NƯỚC LŨ CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN NGẬP

8
a- Cơ sở lý thuyết
- Tổn thất cột nước cục bộ do các phương án bố trí mỏ hàn tạo ra.
b- Phương pháp nghiên cứu
- Giải hệ phương trình dòng chảy ngập.
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương 2 trình bày phương pháp luận của các vấn đề luận án nghiên cứu.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. TÍNH TOÁN ĐỘ SÂU XÓI LUỒNG TẦU DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
MỘT MỎ HÀN
3.1.1. Tính toán phân bố lưu tốc tại mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài ở vị trí mỏ
hàn
Chia mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài mỏ hàn thành một số dải dòng chảy, giả
thiết độ dốc và hệ số nhám giữa các dải dòng chảy không sai khác nhau nhiều, thì
lưu tốc trung bình của mỗi dải dòng chảy được tính toán như sau:
V
i
= KH
i

2/3
(3-1)
Lưu lượng thông qua lòng dẫn ngoài mỏ hàn là:
m
5/3
i i
i 1
Q K b H




(3-2)
Trong đó:
V
i
- lưu tốc trung bình của các dải dòng chảy ngoài mỏ hàn (m/s);
Q - tổng lưu lượng (m
3
/s); nếu thân mỏ hàn có dòng thấm thì cần trừ đi lưu
lượng thấm;
b
i
, H
i
- chiều rộng và độ sâu trung bình các dải dòng chảy ngoài mỏ hàn (m);
m - số dải dòng chảy chia ra trên mặt cắt;
K - hằng số tỷ lệ của mặt cắt ngang lòng dẫn, tính như sau:
m
5/3

i i
i 1
Q
K
b H




(3-3)
Lưu lượng của mỗi dải dòng chảy trên mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài mỏ hàn
b
i
H
i
5/3
có thể tính được từ số liệu địa hình, Q đã biết, nên có thể tính được K. Từ
đó, theo công thức (3-1), tìm được phân bố lưu tốc trên mặt cắt mỏ hàn.
Căn cứ vào phân bố lưu lượng tổng cộng, có thể tìm được lưu tốc trung bình

9
của các dải dòng chảy trên mặt cắt ngang lòng dẫn ở vị trí mỏ hàn. Lưu tốc ở phụ
cận mỏ hàn và trong luồng lạch cũng tìm được theo các công thức dưới đây:
Lưu tốc trong luồng tầu và ở khu vực gần đầu mũi mỏ hàn V
h
được tính như
sau:
h
h
h

Q
V
A


(3-4)
Trong đó:
Q
h
- lưu lượng thông qua luồng lạch hoặc ở đầu mũi mỏ hàn (m
3
/s);
A
h
- diện tích mặt cắt ngang thông thủy trong luồng tầu hoặc ở khu vực gần đầu
mũi mỏ hàn;
Lưu tốc cực đại tương ứng V
f
là:
V
f
= kV
h
(3-5)
Trong đó, k là hệ số lớn hơn 1. Có thể căn cứ vào số liệu thống kê về phân bố
lưu tốc trung bình thủy trực thực đo để xác định, thông thường lấy bằng 1,2.
3.1.2. Tính toán phân bố lưu tốc tại mặt cắt co hẹp
a) Vị trí mặt cắt co hẹp có thể xác định theo phương pháp trình bày trong
chương 2, nhắc lại như sau:

Hình 3.4. Khu nước vật và mặt cắt co hẹp
Trên đoạn sông tương đối thẳng, khoảng cách từ mỏ hàn đến mặt cắt co hẹp hạ
lưu mỏ hàn không ngập, ký hiệu là L
d
, được tính như sau:
L
d
= ψ B
2
(3-6)
Trong đó:
B
2
- chiều rộng tuyến chỉnh trị, hoặc chiều rộng mặt nước lòng sông ngoài mỏ
hàn (m);
ψ - hệ số, có liên quan đến độ thu hẹp diện tích mặt cắt ngang lòng sông ΔA ở
mực nước tính toán, được xác định theo bảng 3.2.
B
L
b
max
b
x
x
b
x
O
L
d
L

v

10

ΔA được tính toán như sau:
A A'
A
A

D 
(3-7)
Trong đó:
A - Diện tích mặt cắt ngang lòng sông dưới mực nước tính toán tại vị trí đặt
mỏ hàn, trước lúc xây dựng công trình (m
2
);
A' - Diện tích mặt cắt ngang lòng sông (dưới mực nước tính toán) bị mỏ hàn
che chắn (m
2
).
Bảng 3.2. Quan hệ ΔA và hệ số ψ
ΔA 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
ψ 0,50 0,46 0,42 0,38 0,34
b) Chia mặt cắt co hẹp thành nhiều dải dòng chảy, số dải bằng số dải đã chia tại
mặt cắt vị trí mỏ hàn. Ký hiệu b
2
, h
2
, V
2

biểu thị chiều rộng, độ sâu trung bình và
vận tốc trung bình các dải ở mặt cắt vị trí mỏ hàn; b
c
, h
c
, V
c
là các đại lượng tương
ứng tại mặt cắt co hẹp. Đặt:
c
n
2
b
b
 

(3-8)
c c
2 2
b h
b h
 

(3-9)
Giả thiết rằng, mặt cắt vị trí mỏ hàn và mặt cắt vị trí co hẹp đều nằm ngang, độ
dốc đáy sông giữa 2 mặt cắt bằng 0, bỏ qua tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ
giữa 2 mặt cắt. Căn cứ vào phương trình liên tục và phương trình Bernoulli, yếu tố
dòng chảy giữa các dải dòng chảy tương ứng của 2 mặt cắt vị trí mỏ hàn và vị trí
co hẹp, suy ra được công thức quan hệ như sau:
 

3 2
2 2
c 2 2 c
n
2gh V
V 2gh V V 0
   


(3-10)
Trong đó, ε
n
có thể được xác định như sau:
2
n
2
2
2
2
h
V
1
h 1
2g

 

 
 
 


 

(3-11)
Tổng lưu lượng Q có thể viết thành:
m
2 2 c
i 1
Q b h V

 


(3-12)
Chiều rộng mặt cắt ở vị trí co hẹp B
c
là:

11

m m
c n 2 c
i 1 i 1
B b b
 
  
 

(3-13)
3.1.3. Các bước tính toán cụ thể

Bước 1. Tính toán phân bố lưu tốc tại mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài ở vị trí
mỏ hàn, tìm các chiều rộng b
2
, độ sâu h
2
, lưu tốc V
2
của các dải dòng. Chúng tôi
cho rằng, việc tăng lưu tốc chỉ xẩy ra cục bộ tại khu vực gần mũi mỏ hàn, phạm vi
ảnh hưởng của nó cũng hạn chế, vì vậy khi tính toán V
2
, không nhất thiết theo
phân bố hình tam giác chồng lên phần lưu lượng tự nhiên do mỏ hàn che chắn;
Bước 2. Giả thiết ε (thường lấy 0,8 ~ 0,9), thay vào (3-11), tìm được giá trị
ε
n
của từng dải dòng.
Bước 3. Theo công thức (3-10), tìm lưu tốc trung bình của các dải dòng tại
mặt cắt co hẹp;
Bước 4. Theo công thức (3-12), tìm tổng lưu lượng, so sánh với tổng lưu
lượng đã cho. Nếu 2 giá trị gần nhau thì coi như tính toán đã hoàn tất; nếu không,
phải giả thiết lại giá trị của ε, lặp lại quá trình tính toán trên, đến khi thỏa mãn yêu
cầu thì dừng lại;
Bước 5. Theo công thức (3-13), tính toán các chiều rộng của các dải dòng
và tổng chiều rộng của mặt cắt co hẹp.
3.1.4. Tính toán độ sâu xói luồng tầu
Sau khi xây dựng mỏ hàn, lưu lượng đơn vị trên mặt cắt sẽ phân bố lại, lưu
lượng đơn vị trong phần luồng lạch chạy tầu sẽ được tăng lên. Vì vậy, luồng lạch
cũng sẽ được tăng lên tương ứng. Căn cứ vào khái niệm lượng chuyển bùn cát đáy
trước và sau khi xây dựng công trình không đổi, có thể tính toán gần đúng độ sâu

luồng tầu, từ công thức tính toán độ rộng tuyến chỉnh trị xuất phát từ quan điểm
cân bằng tải cát đáy:
1 2
y y
2 1
2 1
1 2
Q H
B B
Q H
   

   
   

(3-14)
Giả thiết trước và sau khi xây dựng mỏ hàn, tải cát trong phần luồng tầu là cân
bằng. Do đó, có thể dùng công thức trên để tính toán độ sâu xói trong luồng tầu,
chỉ thay đổi ý nghĩa của các ký hiệu ở trên như sau:
B
1
, B
2
- chiều rộng luồng tầu trước và sau khi xây dựng mỏ hàn;
Q
1
, Q
2
- lần lượt biểu thị lưu lượng thông qua mặt cắt luồng tầu trước và sau
khi xây dựng mỏ hàn (m

3
/s);

12

H
1
- độ sâu trung bình trong phạm vi luồng tầu trước khi xây dựng mỏ hàn
(m);
H
2
- độ sâu trung bình trong phạm vi luồng tầu sau khi xây dựng mỏ hàn (m);
y
1
, y
2
- số mũ, có liên quan đến
H
V
V
, xem bảng (3.3);
V – Lưu tốc trung bình trong luồng tầu;
V
H
– Lưu tốc khởi động của hạt bùn cát trong luồng tầu.
Bảng 3.3. Quan hệ y
1
, y
2
và V/V

H

H
V
V

1,1~ 1,5 1,5~ 2,5 2,5~ 10
y
1
1,13 1,23 1,31
y
2
1,34 1,46 1,55

Căn cứ công thức (3-14), xét B
1
= B
2
, sẽ có công thức:
1 2
y /y
2
2 1
1
Q
H H
Q
 

 

 

(3-15)
Độ xói sâu trung bình trong luồng tầu là:
∆H = H
2
– H
1
(3-16)
3.1.5. Xây dựng chương trình tự động hóa tính toán độ xói sâu luồng tầu
a) Sơ đồ khối tính toán
Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày ở trên, tiến hành xây dựng chương trình tự
động hóa tính toán. Sơ đồ khối của chương trình được thể hiện trên hình 3.5. Ý
nghĩa các ký hiệu đã được nêu trong các hướng dẫn tại các mục trên.
b) Phần mềm XOLUTA-01
Các lệnh của chương trình được viết theo ngôn ngữ Matlab, chương trình phần
mềm tính xói luồng tàu được đặt tên là XOLUTA-01.
- Đây là phần mềm tiện ích cho các kỹ sư tư vấn sử dụng trong tính toán dự báo
hiệu quả cho phương án bố trí mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn, từ đó có thể thay đổi các
tham số bố trí công trình để đạt được yêu cầu về độ sâu luồng tầu thiết kế. Điều kiện
ứng dụng là mỏ hàn không ngập trong lưu lượng thiết kế luồng tàu.
- Điều kiện đầu vào:
+ Địa hình lòng sông khu vực bố trí mỏ hàn;
+ Bố trí và kích thước mỏ hàn;

13

+ Vị trí luồng tầu ;
+ Lưu lượng tính toán ;
+ Đường kính hạt trung bình trên lòng dẫn đoạn sông.

- Kết quả đầu ra:
+ Phân bố lưu tốc tại mặt cắt ở vị trí mỏ hàn;
+ Phân bố lưu tốc tại mặt cắt co hẹp hạ lưu mỏ hàn;
+ Lưu tốc tại khu vực gần mũi mỏ hàn;
+ Độ xói sâu luồng tầu.
- Phương thức thể hiện kết quả: dạng bảng biểu.

Hình 3.5. Sơ đồ khối tính toán xói luồng tàu
3.2. TÍNH TOÁN ĐỘ SÂU XÓI LUỒNG TẦU THEO CÁC PHƯƠNG ÁN
BỐ TRÍ KHÔNG GIAN HỆ THỐNG MỎ HÀN
3.2.1. Kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý về ảnh hưởng của bố trí mỏ hàn
đối với xói sâu luồng lạch
Theo phương pháp nghiên cứu đã trình bày trong chương 2, NCS đã tiến hành
đo đạc chiều sâu xói cho 8 phương án bố trí mỏ hàn. Mỗi phương án tiến hành đo
đạc độ sâu xói trên 8 mặt cắt, mỗi mặt cắt cách nhau 30cm. Mặt cắt đầu tiên và
mặt cắt cuối cùng cách mỏ hàn đầu và cuối 45cm để loại trừ ảnh hưởng của điều
kiện biên. Mỗi mặt cắt đo 5 điểm: một điểm ở tâm luồng, mỗi bên 2 điểm chia đều
khoảng cách còn lại. Kết quả lấy trung bình cho từng mặt cắt và trung bình cho

14

toàn đoạn. Các hình ảnh xói luồng thể hiện trên hình 3.8.
Từ các số liệu thí nghiệm, ta có thể xác lập quan hệ thực nghiệm giữa hệ số bố
trí không gian  của mỏ hàn với hệ số điều chỉnh độ sâu tính toán  (bảng 3.5) và
đường cong quan hệ λ ~  (hình 3.9).



Hình 3.8. Xói sâu luồng lạch trong máng thí nghiệm
Bảng 3.5. Số liệu về quan hệ λ ~ 

λ = S/L 0 1 1,6 1,96

2,9 3,5 4,4 5,8 8,8

= ΔH
2
/ΔH
1

- 1,22

1,11

1,02

0,98

0,83

0,70

0,65 0,30

Từ quan hệ trên, ta nhận thấy rằng:
- Trường hợp hệ thống mỏ hàn được bố trí với λ = S/L = 2-3, thì hiệu quả xói
sâu của hệ thống mỏ hàn tương đương với hiệu quả do tường dọc có cùng độ dài
và mức độ thu hẹp tạo ra.
- Trường hợp hệ thống mỏ hàn được bố trí với λ = S/L < 2, hiệu quả xói sâu
của hệ thống mỏ hàn lớn hơn so với hiệu quả do tường dọc có cùng độ dài và mức
độ thu hẹp tạo ra. Điều này có thể lý giải như sau (Hình 3.10): Khu vực đầu mũi

mỏ hàn xuất hiện hố xói cục bộ, khu nước vật sau mỏ hàn tạo ra sự trao đổi động

15

lượng trên phương ngang, làm cho bùn cát trong luồng lạch ngoài chuyển động
theo phương dọc, còn có chuyển động theo phương ngang đi vào bồi lấp khu vực
giữa các mỏ hàn.
- Trường hợp hệ thống mỏ hàn được bố trí với λ = S/L > 3, hiệu quả xói sâu
của hệ thống mỏ hàn nhỏ hơn so với hiệu quả do tường dọc có cùng độ dài và mức
độ thu hẹp tạo ra. Đó là vì ảnh hưởng thu hẹp lòng dẫn của hệ thống mỏ hàn không
được phát huy đầy đủ, lưu tốc trong phạm vi luồng tầu không được tăng lên.

Hình 3.9. Quan hệ giữa khoảng cách tương đối λ của mỏ hàn với hệ số



Thí nghiệm của Yossep F.M (2007)

Delft, Hà Lan [40]
Thí nghiệm của tác giả luận án
Hình 3.10. Sự trao đổi bùn cát giữa khu vực mỏ hàn và lòng dẫn chính
Từ những thảo luận trên có thể dẫn đến kết quả sau:
C«ng thøc tính độ sâu xói luồng lạch của M.A. Gill khi ứng dụng cho hệ thống
mỏ hàn cần nhân thêm hệ số  tương ứng với trị số λ =S/ L.

16

 
3
6 2

7
7 3
c c
o 1 1 bo bo
H B B
. . 1
H B B

 
 
   
 
 
    
    
 
 
     
 
 

(3-18)
Trong đó, hệ số  là hàm số phụ thuộc vào hệ số λ, (λ), được xác định theo
bảng 3.5 hoặc đồ thị trên hình 3.9.
Đây là công thức tính toán bán kinh nghiệm do luận án cải tiến từ công thức
của M.A. Gill, rất cần thiết để các kỹ sư tư vấn tính toán dự báo hiệu quả của công
trình mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn. Đối với các hệ thống mỏ hàn bảo vệ bờ, cũng có
thể ứng dụng để kiểm tra độ xói lòng dẫn ngoài mỏ hàn phục vụ việc gia cố đáy,
bảo vệ ổn định của công trình.
Phạm vi ứng dụng: Đoạn sông chỉnh trị tương đối thẳng, bán kính cong R> 5B,

với B là chiều rộng tuyến chỉnh trị.
3.3. TÍNH TOÁN ĐỘ DÂNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN THEO
PHƯƠNG PHÁP TỔN THẤT CỘT NƯỚC CỤC BỘ
3.3.1. Sơ đồ tính toán
Sơ đồ nghiên cứu nước dâng do hệ thống mỏ hàn gây ra trong trường hợp dòng
chảy ngập, có thể tổng quát hóa như hình 3.10 thể hiện.

Hình 3.10. Biến đổi dọc đường của mực nước trong hệ
thống mỏ hàn ngập và bố trí mặt cắt tính toán
3.1.2. Xác lập công thức tính toán
Từ các kiến thức thủy lực học về tổn thất sức cản trong kênh hở, có thể xây
dựng hệ phương trình bao gồm các công thức tính toán như sau:
2
n
1 1
V
Z Z
2g


  

(3-19)
A
f
A

 
 
 

 

(3-20)
1 3 n2
1 3 n2
8H
MH
1
#
MH
2
#
MH
3
#
MH
n
#
Z'
1
Z
1
Z
n
H

17

d 1
A

f
A

 
 
 
 

(3-21)
2 2 2
2 2 2 2 2
2 2 d
V V V
Z Z
2g 2g 2g
  
 
 

    
 
 

(3-22)
2 2
n
2 2 n n
n 2 fi
i 2
V V

Z Z h
2g 2g

   
 
 
 
   
 
 


(3-23)
Trong các công thức trên:
 - hệ số sức cản cục bộ của hệ thống MH. Giá trị của  được tính theo công
thức kinh nghiệm đối với các hình thức bố trí khác nhau của hệ thống mỏ hàn.

d
- hệ số sức cản cục bộ ở đoạn cửa ra của hệ thống mỏ hàn. Giá trị của 
d

được tính theo công thức kinh nghiệm.
Z'
1
- mực nước tại mặt cắt dâng nước, sau khi xây dựng mỏ hàn (m);
Z
1
- mực nước tại mặt cắt dâng nước trước khi xây dựng mỏ hàn (m);
V'
n

- lưu tốc trung bình mặt cắt ở mỏ hàn cuối cùng (m/s);
A - tổng diện tích mặt cắt ướt lòng sông (m
2
) tại mặt cắt vị trí của mỏ hàn nào
đó; đối với lòng sông trầm tích, nên lấy tổng diện tích sau khi đã cân bằng xói;
A' - diện tích che chắn nước của mỏ hàn trên mặt cắt vị trí mỏ hàn, (m
2
);
Z'
2
- mực nước tại vị trí mỏ hàn thứ hai sau khi xây dựng mỏ hàn, (m);
Z
2
- mực nước tại vị trí mỏ hàn thứ hai trước khi xây dựng mỏ hàn, (m);

2
, '
i
lần lượt là hệ số sửa chữa động năng trước khi có mỏ hàn tại mặt cắt
2 và sau khi có mỏ hàn tại các mặt cắt vị trí mỏ hàn. Đối với dạng mặt cắt không
quy tắc, '
i
được xác định theo công thức (3-24).
 
 
3
2
k
k
2

k
i
3
k
K
A .
A
K
 
 
 

 
 


(3-24)
Trong đó:
2
3
k k
k
k
A R
K
n


(3-25)
Trong đó:

A
k
, R
k
, n
k
- lần lượt là diện tích mặt cắt, bán kính thủy lực và hệ số nhám

18

của từng phần lòng sông. Chỉ số dưới i bằng 1 hoặc bằng 2.
n
fi
i 2
h


- tổng tổn thất dọc đường của các đoạn mỏ hàn trước khi xây dựng,
phải tính dần từng đoạn.
3.3.4. Trình tự tính toán
Các bước tính toán theo trình tự như sau:
- Bước 1. Tính toán đường mặt nước trong dòng sông tự nhiên, xác định hệ số
nhám lòng sông ban đầu và mực nước Z
1
tại mặt cắt dâng nước (cách mỏ hàn đầu
tiên 8H về thượng lưu) trước khi có mỏ hàn, tiếp theo xác định mực nước tại các
mặt cắt trục mỏ hàn Z
2
, Z
3

,… , Z
n
;
- Bước 2. Căn cứ vào cách thức bố trí và gián cách của mỏ hàn, chọn công thức
kinh nghiệm của  và 
d
;
- Bước 3. Theo công thức (3-22), tính toán mực nước Z'
2
khi chỉ có hai mỏ hàn
thứ nhất và thứ hai. Tại mặt cắt mỏ hàn thứ hai (mặt cắt 2), cần dùng phương pháp
tính thử. Trong quá trình tính thử, phải đồng thời tính toán hệ số sửa chữa động
năng '
2
;
- Bước 4. Theo công thức (3-23), tính toán mực nước Z'
n
và lưu tốc V'
n
tại vị trí
mỏ hàn cuối cùng sau khi có mỏ hàn. Phải dùng phương pháp tính thử; trong quá
trình tính thử, đồng thời tính A
k
, A'
k
, '
i
và
n
fi

i 2
h


của các mặt cắt tương ứng. Khi
tính toán, phải tính từng mỏ hàn dần về hạ lưu mới có thể có được trị số tương đối
chính xác của V'
n
và
n
fi
i 2
h


;
- Bước 5. Đem giá trị V'
n
,
n
A
A






'
và Z

1
thay vào công thức (3-19) và công thức
(3-20), sẽ tính được số trị Z'
1
, đó là giá trị mực nước đã dâng cao ở thượng lưu sau
khi có mỏ hàn;
- Bước 6. Căn cứ vào Z'
1
và Z'
n
nội suy tuyến tính mực nước tại các mặt cắt
sau khi có mỏ hàn.

19

3.3.5. Xõy dng chng trỡnh t ng húa tớnh toỏn
a) S khi cho chng trỡnh tớnh toỏn
b) Chng trỡnh phn mm XOLUTA-02
Phn mm XOLUTA-02 c lp ra tớnh toỏn dõng nc l do h thng
m hn ngp to ra thng lu h thng m hn, dựng kim tra nh hng
ca m hn i vi an ton phũng l ca ờ iu, s hỡnh thnh khu gim tc
thng lu cú th hỡnh thnh vựng bi lng u vo lung tu.
- iu kin u vo:
+ a hỡnh lũng sụng khu vc b trớ m hn;
+ B trớ v kớch thc m hn;
+ Lu lng v mc nc tớnh toỏn ;
- Kt qu u ra:
+ bin i mc nc cc i ti mt ct dõng nc n cui on cụng
trỡnh;
+ ng mt nc dõng dc h thng cụng trỡnh.

- Phng thc th hin kt qu: dng bng biu.

Hỡnh 3.13. S khi tớnh toỏn
3.4. KT LUN CHNG 3
Chng 3 trỡnh by kt qu nghiờn cu: i) phng phỏp tớnh toỏn hiu qu xúi
sõu ca mt m hn, cựng vi sn phm

phn mm XOLUTA-01 v h thng
nhiu m hn khụng ngp; ii) phng phỏp xỏc nh cao v phm vi dõng nc
l ca h thng m hn ngp, cựng vi sn phm

phn mm XOLUTA-02.
bắt đầu
Nhập: Z,A,B,m
Tính toán đờng mặt nớc
trớc khi XD mỏ hàn
In kết quả
Giả thiết Z'
2
= Z
2
Tính Z'
2
theo (3-22)
| Z'
2
= Z
2
|

Z'
2

II
= Z'
2

I
Tính Z'
n
theo (3-23)
In kết quả
Tính Z'
1
theo (3-19)
Tính Z'
i#
theo nội suy tuyến tính
In kết quả
Kết thúc

20

Chương 4
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TẾ

4.1. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM XOLUTA-01 TÍNH
TOÁN KIỂM TRA HIỆU QUẢ XÓI SÂU LUỒNG TẦU CỦA CÔNG
TRÌNH CHỈNH TRỊ ĐOẠN CẠN LÃO HOÀNG TRÊN SÔNG LÔ
a- Sơ đồ bố trí công trình và mặt cắt tính toán

Hình 4.2. Bình đồ địa hình và sơ đồ bố trí công trình chỉnh trị đoạn
cạn Lão Hoàng trên sông Lô. Địa hình thực đo năm 2009
b- Kết quả tính toán mức độ xói luồng tàu sau chỉnh trị
Bảng 4.5. Kết quả tính toán dâng mực nước do mỏ hàn gây ra

TT Các thông số tính toán Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều rộng luồng tàu B (m) 36.0
2 Độ sâu trung bình luồng tàu trước chỉnh trị H1 (m) 6.1
3 Diện tích mặt cắt ngang luồng tàu A
(m
2
)
221.2
4 Lưu tốc trung bình trong luồn tàu (ĐKTN) V1 (m/s) 1.0
5
Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt luồng tàu
trước khi chỉnh trị Q1 (m
3
/s) 216.4
6
Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt luồng tàu
sau khi chỉnh trị Q2 (m
3
/s) 282.7
7
Lưu tốc trung bình trong luồng tàu sau chỉnh
trị V2 (m/s) 1.3
8 Đường kính hạt d (m) 0.01
9

Số mũ y1
y1
(-)
1.13
10 Số mũ y2 y2 (-) 1.34
11 Độ sâu trung bình luồng tàu sau chỉnh trị H2 (m) 7.70
12 Độ xói sâu trung bình trong luồng tàu
D
H (m) 1.55

21

Theo số liệu thực đo về bình đồ đoạn Lão Hoàng trên sông Lô năm 2009 và
năm 2010 là thời gian trước và sau khi xây dưng công trình, trải qua mùa lũ năm
2010, Công ty Tư vấn Xây dựng Việt Hà đã tiến hành phân tích hiệu quả xói sâu
luồng tầu bằng cách chập địa hình trên 88 mặt cắt. Kết quả phân tích được giới
thiệu trong phụ lục B.
Qua kết quả phân tích có thể thấy, sau thời gian chỉnh trị qua mùa lũ, trải qua
mức nước tạo lòng, trên toàn đoạn cạn Lão Hoàng, luồng tầu đều được xói sâu,
trung bình là 1,32 m, tại mặt cắt A-A (mặt cắt 64), độ xói sâu là 1,59m. Như vậy,
kết quả tính toán (1,55m) khá sát đúng với tình hình thực tế đã xẩy ra, chứng tỏ độ
tin cậy của chương trình tính toán do luận án đề xuất.
4.2. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM XOLUTA-02 TÍNH
TOÁN ĐỘ DÂNG NƯỚC MÙA LŨ CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN TẦM XÁ
TRÊN SÔNG HỒNG
a- Bố trí công trình

Hình 4.5. Địa hình khu vực nghiên cứu và bố trí công trình

22


b- Kết quả tính toán:
Bảng 4.8. Kết quả tính toán dâng mực nước do mỏ hàn gây ra
MC MCDN1

MH1# MH2# MH3# MH4# MH5# MH6# MH7#
Có MH 13.434 13.423 13.408 13.394 13.379 13.364 13.350 13.335
Không MH

13.350 13.350 13.340 13.330 13.320 13.320 13.310 13.300
Độ chênh
MN
0.084 0.073 0.068 0.064 0.059 0.044 0.040 0.035

MC MH8# MH9# MH10# MH11# MH12# MH13# MH14# MH15#
Có
MH
13.321

13.303 13.289 13.274 13.259 13.245 13.230 13.208
Không
MH
13.300

13.290 13.280 13.270 13.260 13.260 13.250 13.240
Độ
chênh

MN
0.021 0.013 0.009 0.004 -0.001 -0.015 -0.020 -0.032
Từ các bảng tính trên ta thấy, hệ thống 15 mỏ hàn xây dựng trên bãi Tầm Xá đã làm
dâng cao mực nước lũ tần suất 2% với trị số cực đại là 0,084m, tức 8,4cm tại vị trí cách
mỏ hàn thứ nhất một khoảng 108m về thượng lưu. Độ dâng mực nước giảm nhỏ dần về
hạ lưu, cho đến vị trí các mỏ hàn MH12#, MH13#,MH14# và MH15#, mực nước có hạ
thấp (0,1 ÷ 3,2)cm.
c- So sánh kết quả tính toán với kết quả trên MHVL
Công ty tư vấn TEDI-Wecco trong dự án nghiên cứu về cầu Nhật Tân đã làm thí
nghiệm trên MHVL về đoạn sông này. Trong hạng mục thí nghiệm trong điều kiện khi
chưa có cầu, có nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống mỏ hàn Tầm Xá đến chế độ động
lực của đoạn sông trong các mùa nước khác nhau.
Kết quả thí nghiệm cho biết, với lũ thiết kế 0,2%, mực nước dâng cực đại do hệ
thống công trình chỉnh trị tạo ra tại thượng lưu là 10,25cm.
Qua ví dụ ứng dụng trên, có thể kết luận rằng mô hình tính toán độ dâng nước
lũ XOLUTA-02 đáp ứng được yêu cầu tính toán trong thực tiễn.

23

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Chương 4 trình bày ứng dụng: i) chương trình phần mềm XOLUTA-01 tính
toán hiệu quả xói sâu luồng tàu của công trình chỉnh trị đoạn cạn Lão Hoàng trên
sông Lô và ii) chương trình phần mềm XOLUTA-02 tính toán độ dâng nước mùa
lũ c ủa hệ thống mỏ hàn Tầm Xá trên sông Hồng. Kết quả tính toán chứng tỏ độ
tin cậy và đáp ứng được yêu cầu tính toán trong thực tiễn của các chương trình
tính toán do luận án đề xuất.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1- Luận án đã xuất phát từ những phân tích cơ bản về thủy lực học để lý giải và
đề ra các phương pháp tính toán đối với các hiện tượng kết cấu dòng chảy và biến
hình lòng dẫn trong khu vực bố trí công trình mỏ hàn.
- Từ các khái niệm về tổn thất sức cản cục bộ của công trình chỉnh trị sông để
tính toán độ dâng nước khu vực mỏ hàn.
- Xuất phát từ phân tích bản chất thủy lực của hiện tượng xói cục bộ và xói phổ
biến, vận dụng phương pháp vẽ bình đồ dòng chảy, đề xuất phương pháp tính toán
xói luồng tầu theo sơ đồ phân bố lưu tốc khu vực mỏ hàn.
2- Tác giả luận án đã kết hợp mô hình toán, mô hình vật lý và phân tích quy
luật thủy lực về phân bố vận tốc vùng công trình mỏ hàn để đề ra thuật toán, lập
chương trình tự động hóa tính toán, xây dựng phần mềm XOLUTA-01 để tính
toán dự báo hiệu quả xói luồng tầu của một mỏ hàn. Đây là phần mềm tiện ích, rất
cần thiết cho các kỹ sư tư vấn thiết kế đường thủy trong quá trình lựa chọn các
tham số bố trí công trình.
3- Trên cơ sở một khối lượng lớn nghiên cứu trên mô hình vật lý lòng động với
8 kịch bản bố trí không gian của hệ thống mỏ hàn không ngập, tác giả luận án đã
xây dựng được quan hệ giữa khoảng cách các mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn với hiệu
quả xói lòng dẫn, đề xuất phương pháp đưa hàm số xói  vào công thức Gill M.A
tính toán xói lòng dẫn của tường thu hẹp liên tục để thu được công thức (3-18), sử
dụng cho việc tính toán chính xác hơn đối với xói lòng dẫn cho hệ thống mỏ hàn

24

trong chỉnh trị luồng tầu qua bãi cạn. Đây là công thức tính toán bán kinh nghiệm
do luận án đề xuất, rất cần thiết để các kỹ sư tư vấn tính toán dự báo hiệu quả của
công trình mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn. Đối với các hệ thống mỏ hàn bảo vệ bờ,
cũng có thể ứng dụng để kiểm tra độ xói lòng dẫn ngoài mỏ hàn phục vụ việc gia
cố đáy, bảo vệ ổn định của công trình.
Phạm vi ứng dụng: Đoạn sông chỉnh trị tương đối thẳng, bán kính cong R>5B,
với B là chiều rộng tuyến chỉnh trị.

4- Ứng dụng kết quả nghiên cứu về tổn thất sức cản cục bộ do các loại bố trí
mỏ hàn gây ra, thông qua nghiên cứu cơ bản trên mô hình vật lý, tác giả luận án
lập thuật toán, xây dựng chương trình tính độ dâng nước lũ cho hệ thống mỏ hàn
ngập, dùng trong kiểm tra ảnh hưởng của công trình mỏ hàn đối với thoát lũ, rất
cần trong công tác tư vấn công trình chỉnh trị sông. Tính toán được lập trình và
xây dựng phần mềm XOLUTA-02, dùng trong tự động hóa tính toán trên máy tính
nhanh chóng và chính xác.
5- Các chương trình và phần mềm XOLUTA-01 đã được kiểm định trên bài
toán mẫu và ứng dụng thành công cho việc dự báo hiệu quả xói luồng tầu cho hệ
thống mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn Lão Hoàng trên sông Lô, phù hợp với tài liệu
thực đo; mô hình XOLUTA-02 đã được ứng dụng để kiểm tra độ cao dâng nước
của hệ thống mỏ hàn Tầm Xá (sau khi cải tạo) trên sông Hồng, phù hợp với kết
quả nghiên cứu trên mô hình vật lý.

KIẾN NGHỊ
1- Tiếp tục nghiên cứu phương pháp tính xói luồng tầu cho hệ thống mỏ hàn
trong khu vực có ảnh hưởng triều.
2- Tiếp tục hoàn thiện phần mềm XOLUTA-02 để có giao diện và phương
pháp thể hiện sinh động hơn, làm cơ sở cho việc quy hoạch không gian bố trí mỏ
hàn, đáp ứng yêu cầu thoát lũ.