Nghiên cứu chế độ thủy lực và biến hình lòng dẫn khe trí khi xả lũ thiết kế

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác. Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn
đầy đủ theo quy định.
Tác giả luận văn

Lê Văn Thìn

1

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết
kế” được hoàn thành với sự giúp đỡ, động viên về mọi mặt của tập thể Trung tâm
Nghiên cứu Phòng tránh và Giảm nhẹ thiên tai – Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc
gia về Động lực học sông biển – Viện Khoa học Thuỷ lợi, Trường Đại học Thuỷ lợi.
Học viên bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Đăng Giáp, PGS.TS. Nguyễn
Quang Hùng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo, đồng thời cung cấp các tài liệu cần thiết
để học viên hoàn thành bản luận văn.
Học viên chân thành cảm ơn GS.TS. Phạm Ngọc Quý và các thầy cô bộ môn Thuỷ
Công – Trường Đại học Thuỷ lợi đã chia sẻ, chỉ bảo, tạo điều kiện định hướng giúp đỡ
học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Học viên chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Trung tâm nghiên cứu Phòng tránh và
Giảm nhẹ thiên tai đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ học viên về mặt kỹ thuật, chuyên
môn, các đồng nghiệp và gia đình luôn cổ vũ, động viên trong suốt quá trình thực hiện.
Trong quá trình thực hiện, kiến thức của học viên còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi các sai sót. Học viên rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy, cô giáo, bạn
bè, đồng nghiệp và những người quan tâm khác.

Tác giả luận văn

Lê Văn Thìn

2

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
I.

Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................1

II.
Mục
đích
của
...................................................................................................2

đề

tài

III. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................2
IV. Dự kiến kết quả đạt được ..........................................................................................2
CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC VÀ GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH

LÒNG DẪN KHI XẢ LŨ ...............................................................................................3
1.1, Tổng quan chung về chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn, chỉnh trị sông ................3
1.1.1, Về chế độ thuỷ lực................................................................................................3
1.1.2, Về biến hình lòng dẫn...........................................................................................4
1.1.3, Về thoát lũ.............................................................................................................4
1.1.4, Về chỉnh trị lòng dẫn ............................................................................................6
1.2,
Tổng
quan
về
các
.................................................................................14

nghiên

cứu

1.2.1, Các nghiên cứu về chuyển nước giữa các lưu vực .............................................14
1.2.2, Các nghiên cứu về lòng dẫn và chỉnh trị sông [1] ..............................................15
1.2.3, Các nghiên cứu về lòng dẫn Khe Trí đã có ........................................................16
1.3,
Vấn
đề
đặt
ra
và
........................................................................17

hướng

nghiên

cứu

1.3.1, Vấn đề đặt ra.......................................................................................................17
1.3.2, Giải quyết vấn đề ................................................................................................17
1.3.3, Hướng nghiên cứu ..............................................................................................18
1.4,
Phạm
vi
cứu.................................................................................................19

nghiên

1.5, Các thông số cơ bản của lưu vực và công trình trong tính toán [4]........................19

3

3


1.6,
Kết
...................................................................................................................21
CHƯƠNG 2,
THUỶ LỰC

luận

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ

............................................................................................................23

4

4


2.1, Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn, tính toán ổn
định....................................................................................................................................
23
2.1.1, Mô hình thuỷ lực Mike11 HD [5] ......................................................................23
2.1.2, Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD và Mike Flood [5] ...............................27
2.1.3, Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST [5].........................................29
2.1.4, Mô hình tính toán ổn định [6] ............................................................................34
2.2, Sơ đồ nghiên cứu ....................................................................................................36
2.3, Mô hình nghiên cứu cho lòng dẫn Khe Trí.............................................................37
2.3.1, Thiết lập mô hình MIKE 21FM cho miền mô phỏng ........................................37
2.3.2, Hiệu chỉnh mô hình ............................................................................................42
2.3.3, Kiểm định mô hình.............................................................................................45
2.4, Kết luận...................................................................................................................47
CHƯƠNG 3, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN VÀ ĐẢM BẢO
KHẢ NĂNG THOÁT LŨ LÒNG DẪN KHE VANG – KHE TRÍ .............................48
3.1, Kết quả tính toán thuỷ lực và biến hình lòng dẫn với lòng dẫn hiện trạng ............48
3.1.1, Kết quả tính toán thuỷ lực ..................................................................................48
3.1.2, Kết quả tính toán biến hình lòng dẫn .................................................................50
3.2, Đánh giá kết quả tính toán hiện trạng và yêu cầu giải pháp ổn định lòng dẫn.......51
3.2.1, Đánh giá kết quả tính toán hiện trạng ................................................................51
3.2.2, Yêu cầu đối với lòng dẫn Khe Trí khi công trình đi vào vận hành ....................52
3.3, Các giải pháp đảm bảo ổn định lòng dẫn................................................................52
3.3.1, Đề xuất giải pháp và kết quả tính toán ...............................................................53

3.4, Chi tiết giải pháp thiết kế và cơ sở xác định...........................................................54
3.4.1, Bề rộng thoát lũ ..................................................................................................54
3.4.2, Chi tiết các giải pháp ..........................................................................................55
3.5, Kết quả tính toán.....................................................................................................60
3.5.1, Phương án XC-05...............................................................................................60
3.5.2, Phương án XC-03...............................................................................................63

5

5


3.5.3, Phương án XC-02 ...............................................................................................66
3.5.4, Phương án XC-All ..............................................................................................69
3.5.5, Phân tích khả năng xói lở lòng dẫn và giải pháp phòng chống ..........................72
3.6, Phân tích, lựa chọn phương án đảm bảo ổn định lòng dẫn Khe Trí và đánh giá ổn
định ................................................................................................................................77
3.6.1, Phân tích, lựa chọn phương án ...........................................................................77
3.6.2, Tính toán ổn định................................................................................................78
3.7, Kết luận ...................................................................................................................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................86
Kết luận..........................................................................................................................86
Tồn tại............................................................................................................................87
Kiến nghị .......................................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................88
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ...............................................................................................89
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án hiện trạng:.........................................................89
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-05: ..............................................................96
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-03: ............................................................103
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-02: ............................................................110

Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-All: ...........................................................117

6

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.

Một số dạng kết cấu gia cố bờ (Nguồn – Internet) ....................................10

Hình 1.2.

Một số hình thức kè mái chống sạt lở bờ sông (Nguồn – Internet) ...........10

Hình 1.3.

Cấu tạo kè mỏ hàn cơ bản (Nguồn – Internet)...........................................11

Hình 1.4.

Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông (Nguồn – Internet) ................................11

Hình 1.5.

Kè hoàn lưu và tác dụng phòng chống sạt lở, gây bồi (Nguồn – Internet) 12

Hình 1.6.

Chỉnh trị luồng lạch cửa sông (Nguồn – Internet) .....................................12

Hình 1.7.
Internet)

Khơi thông luồng lạch, đảm bảo thoát lũ trong mùa mưa (Nguồn –
....................................................................................................................13

Hình 1.8.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài ...................................................................19

Hình 2.1.

Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott .................................................24

Hình 2.2.

Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t .............................24

Hình 2.3.

Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ........................................................24

Hình 2.4.

Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu ...................................25

Hình 2.5.

Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng...................................................25

Hình 2.6.

Mô phỏng dòng chảy qua công trình dạng tràn .........................................26

Hình 2.7.

Mô phỏng dòng chảy qua công trình dạng cống........................................26

Hình 2.8.

Mô phỏng cách tính dòng chảy do mưa sinh ra trên 1 ô ruộng .................27

Hình 2.9.

Các mô hình dòng chảy tràn họ MIKE ......................................................31

Hình 2.10. Kết nối hai bên mô hình Flood cho lưu vực sông......................................32
Hình 2.11. Kết nối trong MIKE 11 và MIKE 21.........................................................33
Hình 2.12. Kết nối giữa mô hình 1D và 2D.................................................................33
Hình 2.13. Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc ................................................................34
Hình 2.14. Sơ đồ mạng sông trong mô phỏng mô hình toán một chiều ......................37
Hình 2.15. Sơ đồ nghiên cứu trong luận văn ...............................................................37
Hình 2.16. Mô hình mô phỏng thuỷ lực trên MIKE11 ................................................40
Hình 2.17. Mô phỏng 2 chiều mạng thuỷ lực Khe Trí.................................................40
Hình 2.18. Sơ đồ lưới tính cho mô hình MIKE FLOOD.............................................41
Hình 2.19. Địa hình lưới tính cho mô hình MIKE FLOOD ........................................42

7

7


Hình 2.20. Quá trình lưu lượng của biên Ngàn Trươi trận lũ năm 2007 .....................43
Hình 2.21. Quá trình lưu lượng của biên Khe Trí và các nhập lưu Khe Trí 1, Khe Trí
2, Khe Trí 3 trận lũ năm 2007 .......................................................................................44
Hình 2.22. Quá trình mực nước tại biên dưới trận lũ năm 2007 trích từ MIKE 11.....44
Hình 2.23. Quá trình mực nước tính toán tại vị trí thượng lưu cầu Khe Trí................44
Hình 2.24. Quá trình lưu lượng nhánh sông Ngàn Trươi.............................................45
Hình 2.25. Quá trình lưu lượng của biên Khe Trí và các nhập lưu Khe Trí 1, 2, 3 trận
lũ năm 2010 ...................................................................................................................46
Hình 2.26. Quá trình mực nước tại biên dưới của nhánh sông Ngàn Trươi trận lũ 2010
....................................................................................................................46
Hình 3.1.

Vị trí các điểm trích kết quả trên mô hình .................................................48

Hình 3.2.

Kết quả biến hình lòng dẫn phương án hiện trạng .....................................50

Hình 3.3.

Địa hình hiện trạng khu vực co hẹp số 05..................................................55

Hình 3.4.

Địa hình sau khi mở rộng...........................................................................55

Hình 3.5.

Mặt cắt điển hình khi mở rộng đoạn 05 .....................................................55

Hình 3.6.

Địa hình hiện trạng khu vực xói lở 03 .......................................................56

Hình 3.7.

Địa hình sau khi mở rộng...........................................................................56

Hình 3.8.

Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 03 ...........................................................57

Hình 3.9.

Địa hình hiện trạng khu vực xói lở thứ 2 ...................................................57

Hình 3.10. Địa hình sau khi mở rộng...........................................................................58
Hình 3.11. Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 02 ...........................................................58
Hình 3.12. Địa hình chưa xoay trụ và mở rộng cầu (hiện trạng trong nghiên cứu của
TS. Nguyễn Đăng Giáp) ................................................................................................59
Hình 3.13. Địa hình sau khi xoay trụ và mở rộng cầu (hiện trạng trong nghiên cứu
này)
....................................................................................................................59
Hình 3.14. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-05 ..........................................62
Hình 3.15. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-03 ..........................................65
Hình 3.16. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-02 ..........................................68

Hình 3.17. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-All .........................................71
Hình 3.18. Sơ đồ phân bố lưu tốc trên mặt bằng .........................................................73
Hình 3.19. Phân bố vận tốc trên lòng dẫn theo loại hình gia cố ..................................76

8

8


Hình 3.20. Mặt cắt địa chất theo khảo sát tại vị trí co hẹp số 05.................................81
Hình 3.21. Mặt cắt địa chất mô phỏng ổn định theo phương án thiết kế mở rộng vị trí
co hẹp 05 ....................................................................................................................81
Hình 3.22. Kết quả tính toán sạt trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ trái) ..........................83
Hình 3.23. Kết quả tính toán sạt trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ phải) .........................83
Hình 3.24. Kết quả tính toán sạt trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ phải) khi mực nước đạt
cao trình +15.4m ...........................................................................................................84
Hình 3.25. Kết quả tính toán sạt trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ Trái) khi mực nước đạt
cao trình +15.4m ...........................................................................................................84

viii

9


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số sử dụng trong tính toán : ............................................................21
Bảng 2.1. Bảng các thông số mô hình ........................................................................46
Bảng 3.1. Bảng đánh giá các vị trí xói trên lòng dẫn Khe Trí:...................................49
Bảng 3.2. Bảng đánh giá vận tốc cực đại tại các vị trí xói trên lòng dẫn Khe Trí: ....49
Bảng 3.3. Vận tốc trung bình cho phép đối với lớp áo, mặt gia cố nhân tạo .............74

Bảng 3.4. Các hình thức gia cố và quy mô tương ứng ...............................................75
Bảng 3.5. Toạ độ các vị trí giải pháp mở rộng lòng dẫn ............................................77
Bảng 3.6. Các trường hợp tính toán............................................................................78
Bảng 3.7. Bảng chỉ tiêu cơ lý mô phỏng trong mô hình Geo-Slope ..........................82

viii

10



MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong quá trình khai thác và lợi dụng tổng hợp nguồn nước, một số công trình được
xây dựng trên các dòng sông. Sau khi xây dựng công trình, các điều kiện thuỷ vănthuỷ lực- bùn cát sẽ thay đổi so với dòng chảy tự nhiên, gây nên sự biến hình lòng
sông hạ lưu công trình. Quá trình nghiên cứu các quy luật vận động và phát triển của
dòng sông dưới tác dụng tương hỗ giữa dòng nước và lòng sông thông qua yếu tố bùn
cát trong tự nhiên hay tác động của công trình và hoạt động của con người là chủ đề
luôn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Hai yếu tố thuỷ lực và bùn cát làm lòng dẫn thay đổi kích thước, hình dạng và vị trí.
Lòng dẫn mới được hình thành lại làm thay đổi hình thái và kết cấu của dòng nước,
như vậy, sự tác động qua lại này diễn ra liên tiếp và không ngừng thay đổi, tạo nên sự
vận động của dòng sông.
Trải qua nhiều năm, hình thái các dòng sông đi dần vào thế “ổn định”, diễn biến có
quy luật và từ đó làm tiền đề cho sự phát triển kinh tế, xã hội hai bên bờ sông.
Hồ Ngàn Trươi với dung tích 775,70 triệu m³, diện tích lưu vực 408km², được xây
dựng tại sông Ngàn Trươi thuộc huyện Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh. Là công trình đầu
mối cấp 2 do Ban quản lý đầu tư và xây dựng Thuỷ lợi 4 là chủ đầu tư.
Vấn đề tháo lũ ở công trình: chuyển sang nhánh sông Khe Vang-Khe Trí với diện tích
lưu vực khoảng 40km². Nhánh sông này có đặc điểm là bề rộng bé (từ 30 ÷ 70m) và

uốn khúc liên tục.
Tràn xả lũ Khe Trí có lưu lượng thiết kế lên đến 2.464,00m³/s với tần suất thiết kế là
P=0,5%, độ dốc lòng dẫn tự nhiên khoảng 4‰, khi tháo lũ qua nhánh Khe Vang –
Khe Trí sẽ không đảm bảo khả năng thoát lũ tại nhiều vị trí co hẹp gây ra xói lở cục bộ
và tạo nên sự biến đổi đột ngột về chế độ thuỷ lực tại các vị trí co hẹp.
Đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết
kế” nhằm nghiên cứu, đánh giá chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn hiện trạng khi xả

1

1


lũ thiết kế và đề xuất pháp hạn chế sự biến đổi đột ngột của chế độ thuỷ lực, biến hình
lòng dẫn, đồng thời đảm bảo khả năng thoát lũ khi công trình xả lũ đi vào vận hành.
II. Mục đích của đề tài
- Tính toán chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn khe Trí trong bài toán hiện trạng.
- Đề xuất giải pháp hạn chế sự biến đổi đột ngột chế độ thuỷ lực, ổn định lòng dẫn và
đảm bảo khả năng thoát lũ lòng dẫn khe Trí.
III. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp Tổng hợp và phân tích tài liệu: Dựa trên nguồn dữ liệu của các dự án
khác nhau, tiến hành tổng hợp, đánh giá những vấn đề còn tồn tại, cần giải quyết của
bài toán nghiên cứu, từ đó đưa ra hướng giải quyết.
- Phương pháp Mô hình toán: Mô phỏng, tính toán thuỷ lực và biến hình lòng dẫn
trong phạm vi nghiên cứu.
IV. Dự kiến kết quả đạt được
- Đánh giá được hiện trạng chế độ thuỷ lực, diễn biến lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết
kế.
- Xác định được các vị trí có sự biến đổi cục bộ chế độ thuỷ lực và lòng dẫn Khe Trí
khi xả lũ thiết kế.

- Đề xuất được giải pháp đảm bảo khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn Khe Trí khi
công trình đi vào vận hành.

2

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC VÀ GIẢI PHÁP ỔN
ĐỊNH LÒNG DẪN KHI XẢ LŨ
1.1. Tổng quan chung về chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn, chỉnh trị sông
1.1.1. Về chế độ thuỷ lực
Một dòng sông có hai yếu tố cấu thành cơ bản: dòng nước chuyển động có mặt thoáng
tự do và lòng dẫn cho chính nó tạo ra trên bề mặt lục địa. Hai yếu tố tạo thành dòng
sông này bằng các tác động của dòng chảy làm thay đổi kích thước, hình dạng, vị trí.
Nhưng sự thay đổi đó của lòng dẫn lại làm tác động làm thay đổi trạng thái và kết cấu
dòng nước. Tác động qua lại giữa dòng nước và lòng dẫn cứ thế tiếp diễn không
ngừng, hình thành vòng đời của một con sông còn gọi là quá trình lòng sông. Ta thấy
rằng, hai yếu tố này mâu thuẫn nhau, khống chế lẫn nhau, nhưng đồng thời cũng phụ
thuộc nhau và tạo ra một sản phẩm thống nhất: dòng sông [1].
Trong hai yếu tố, dòng nước có tính năng động hơn và thường chiếm vị trí chủ đạo.
Khi nghiên cứu các vấn đề về diễn biến lòng sông, trước hết cần làm sáng tỏ các điều
kiện và tính chất của dòng nước như: trị số và phân bố theo thời gian và không gian
của các đại lượng mực nước, lưu tốc, lưu lượng; kết cấu nội bộ và thành phần hoá học
của nó. Trong chỉnh trị sông, đại đa số trường hợp đều dựa vào các biện pháp điều
chỉnh dòng nước để đạt mục tiêu điều chỉnh lòng sông. Tuy vậy không thể nói rằng
lòng dẫn không có tác động gì và luôn ở thế bị động. Có nhiều trường hợp, yếu tố lòng
dẫn có tác dụng chi phối, khống chế dòng chảy và giữ vị trí chủ đạo trong quá trình
vận động và phát triển của dòng sông. Trong những trường hợp đó, chỉ điều chỉnh
dòng nước thì không thể đạt tới hiệu quả điều chỉnh lòng sông mà các công trình phải

tác động trực tiếp vào lòng dẫn như thanh thải chướng ngại vật, nạo vét, khơi kênh, gia
cố bờ, đáy… [1].
Như vậy việc nghiên cứu về chế độ thuỷ lực là nghiên cứu sự thay đổi giá trị các đại
lượng về mực nước, vận tốc, lưu lướng dòng chảy theo thời gian và không gian nhằm
đánh giá quy luật, dự báo xu hướng vận động của dòng chảy từ đó có các phương án
chỉnh trị hợp lý nhằm đảm bảo an toàn cho 2 bên bờ.

3

3


Các giá trị về mực nước phản ánh khả năng thoát lũ của lòng dẫn, khi mực nước trên
dòng chảy vượt quá giới hạn cho phép, khả năng thoát lũ của lòng dẫn sẽ không còn
đảm bảo. Lúc này cần có các giải pháp giúp tăng cường khả năng thoát lũ cho lòng
dẫn.
Các giá trị về vận tốc phản ánh nguy cơ xói lở lòng dẫn và khả năng vận chuyển bùn
cát. Khi giá trị vận tốc lớn hơn vận tốc không xói cho phép của vật liệu, lòng dẫn sẽ
xuất hiện xói lở, gây ra tính mất ổn định.
Lòng dẫn Khe Trí có hình dáng uốn khúc liên tục, bề rộng lòng dẫn bé và phải tải một
lưu lượng xả lũ lớn nên chế độ dòng chảy trên lòng dẫn phức tạp, vận tốc dòng chảy
trên lòng dẫn lớn nên có nguy cơ xói lở, từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ
của lòng sông, gây mất ổn định.
1.1.2. Về biến hình lòng dẫn
Tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn sở dĩ có thể nhận biết được là do quan
sát chuyển dộng của bùn cát. Nói một cách khác, tác động tương hỗ giữa dòng nước và
lòng dẫn được thực hiện qua chuyển động của bùn cát. Thực chất, bùn chát khi thì là
một bộ phần cấu thành lòng dẫn, khi lại là một bộ phận của dòng chảy, tức là bùn cát
đã từ phía này của khối mâu thuẫn chuyển sang phía kia (phía đối lập) của khối mâu
thuẫn. Do đó, nếu nói tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn là vấn đề trung

tâm thì chuyển động bùn cát chính là hạt nhân của trung tâm đó [1].
Việc chuyển động bùn cát gây ra sự thay đổi về hình thái sông, các vấn đề xói, bồi trên
lòng dẫn làm ảnh hưởng đến các yếu tố thuỷ lực, từ đó sinh ra quá trình vận động của
dòng chảy. Vấn đề này liên quan trực tiếp đến nguy cơ sạt lở, bồi lấp. Khi vận tốc
dòng chảy đạt quá vận tốc khởi động của thành phần hạt trong lòng dẫn sẽ gây ra sự
chuyển động của các hạt cát.
1.1.3. Về thoát lũ
Khả năng thoát lũ của một đoạn sông được đánh giá bằng trị số lưu lượng thoát qua
đoạn sông ứng với mức nước xác định. Phân tích biến động khả năng thoát lũ theo thời

4

4


gian nhằm đánh giá xem đoạn sông có thoát được lượng lũ theo nhu cầu và mục đích
sử dụng từ đó có phương hướng để tăng khả năng thoát lũ [2].

5

5


Nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ bao gồm:
- Lòng sông hơi cong trở thành cong gấp, lòng sông một nhánh trở thành nhiều nhánh,
làm thay đổi sức cản thuỷ lực trên cả đoạn sông…
- Sự thay đổi diện tích mặt cắt ướt (diện tích thoát nước) và sự thay đổi sức cản thuỷ
lực của lòng con tại mặt cắt đang xét
- Xuất hiện các vật cản trên lòng dẫn thoát lũ
Khả năng thoát lũ của lòng dẫn được tính toán trong điều kiện mực nước hạ lưu đạt

giới hạn và đưa ra giá trị lưu lượng ứng với mực nước hạ lưu đó. Lòng dẫn sẽ có khả
năng thoát lưu lượng lũ ứng với giá trị mực nước hạ lưu lớn nhất cho phép.
Vì vậy, có thể tăng khả năng thoát lũ bằng các phương pháp sau: giảm nhám ở lòng và
bãi sông, mở rộng diện tích mặt cắt thoát nước của lòng dẫn, cắt cong rút ngắn chiều
dài lòng sông, tăng tốc độ đáy sông. Cả ba phương pháp đều có thể hạ thấp mực nước
lũ ở đoạn sông chịu tác động của biện pháp công trình. Tuy nhiên sự hạ thấp mực nước
cục bộ trên một đoạn sông có thể dẫn đến giảm khả năng trữ và chậm lũ của bãi, do đó
có thể làm mực nước lũ hạ du đoạn sông có tác động công trình bị nâng cao ít nhiều
[2].
Giảm nhám lòng dẫn:
Nhám của lòng con phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng và vật liệu hình thành đáy sông,
khó có thể cải tạo được. Chỉ có thể giảm nhám trên bãi sông bằng cách di dời các vật
cản trên bãi như nhà cửa, cây cối và các vật liệu thải, chướng ngại vật…
Mở rộng mặt cắt thoát nước:
Có thể mở rộng mặt cắt thoát nước bằng nạo vét đào sau và mở rộng lòng dẫn bằng
cách hạ thấp mặt bãi và mở rộng vùng thoát nước của bãi. Nạo vét lòng dẫn chỉ có
hiệu quả trong một thời gian nhất định, lòng dẫn nhanh chóng bị bồi lấp và diện tích
mặt cắt nhanh chóng trở lại như cũ, vì vậy mở rộng mặt cắt bằng phương pháp này chỉ
nên thực hiện trên những sông mang ít bùn cát [2].

6

6


Cũng có thể mở rộng diện tích thoát nước của bãi bằng cách nắn lại tuyến đê, mở rộng
lòng dẫn theo phương ngang. Tuy nhiên biện pháp này chỉ nên được sử dụng khi chi
phí không quá lớn và không gây ra mâu thuẫn lợi ích trong việc sử dụng bãi sông.
Cắt cong, nắn thẳng lòng sông:
Có thể tăng khả năng thoát lũ bằng cắt cong, nắn thẳng lòng sông. Tuy nhiên biện

pháp này gây ra sự gia tăng vận tốc dòng chảy, làm tăng sức tải cát của dòng nước, dẫn
đến xói thương lưu và bồi hạ lưu vùng cắt cong. Phải sau một thời gian dài lòng sông
mới đạt trạng thái ổn định mới [2].
1.1.4. Về chỉnh trị lòng dẫn
Chỉnh trị lòng dẫn (hay chỉnh trị sông) là một môn khoa học nghiên cứu các biện pháp
công trình để điều chỉnh dòng chảy và lòng dẫn nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi
cho việc khai thác các nguồn lợi của sông hoặc để hạn chế, đi đến loại trừ các tác hại
do sông gây ra đối với các ngành kinh tế và đời sống con người [1].
Trên thực tế, chỉnh trị lòng dẫn dựa vào mục đích sử dụng của lòng dẫn cho nhu cầu
phát triển kinh tế xã hội, như ở trên sông Hồng, ngoài vấn đề ổn định lòng dẫn còn cần
nghiên cứu về luồng lạch, giao thông thuỷ, hay như lòng dẫn Khe Trí, vấn đề thoát lũ
lại được ưu tiên lên đầu để phục vụ nhu cầu xả lũ của hồ chứa. Dựa vào mục đích sử
dụng mà các nhà nghiên cứu sẽ đánh giá hiện trạng, đồng thời đề xuất giải pháp chỉnh
trị phù hợp nhằm giảm chi phí và tăng lợi ích cho cộng đồng.
1.1.4.1. Các nguyên tắc chung về chỉnh trị sông
Chỉnh trị sông theo nghĩa rộng đòi hỏi thực hiện hàng loạt những công trình trong lưu
vực và trong lòng sông. Những công trình trong lưu vực đa phần là để chống xói mòn
và sạt lở sườn dốc, những công trình chặn lũ kết hợp phát điện, nuôi trồng thuỷ sản,
dẫn nước… Các công trình lòng sông được thực hiện để điều chỉnh lòng sông trong
trạng thái tự nhiên hoặc để kênh hoá [1].
Các công trình điều chỉnh lòng sông trong trạng thái tự nhiên có thể được thực hiện
với mức độ nhẹ để không thay đổi lớn thế sông hiện có, hoặc với mức độ cải tạo triệt
để, thay đổi cơ bản thế ống hiện có. Chúng ta thiên về biện pháp công trình ở mức độ

7

7


nhẹ, nhằm cải tạo tình hình một cách cục bộ trên đoạn sông đanh hoặc sẽ không đáp

ứng được nhu cầu khai thác.
Chỉnh trị sông cần tận dụng tối đa năng lượng chính của dòng chảy để đạt mục đích
tạo bồi, gây xói, tránh những công trình làm thay đổi quá lớn chế độ dòng chảy và hình
thái ổn định của lòng sông hiện có. Từ nguyên tắc này ta thấy răng, bố trí công trình
chỉnh trị sông phải dựa trên cơ sở phân tích đầy đủ, dự báo chính xác các quy luật diễn
biến của đoạn sông.
Trong quá trình chỉnh trị, cần xử lý các đoạn trọng điểm rồi từ đó phát triển thành
tuyến chỉnh trị cho toàn bộ con sông, ngoài ra cần phải xác định đúng đối tượng chỉnh
trị và lựa chọn chính xác các đối tượng tác động, từ đó đưa ra các giải pháp kết hợp để
đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.
Nội dung quy hoạch chỉnh trị sông là sự quy hoạch theo mục đích của công tác chỉnh
trị phục vụ nhu cầu thực tế của sự phát triển xã hội. Cần phân tích rõ các yếu tố thuỷ
lực và quy luật diễn biến dòng sông, đặc tính chuyển động của bùn cát và vạch ra được
tuyến chỉnh trị hợp lý, khả thi [1].
1.1.4.2. Tính toán thiết kế trong chỉnh trị sông
1. Xác định vị trí tuyến chỉnh trị [1]
Vị trí tuyến chỉnh trị được xác định theo mục đích và yêu cầu chỉnh trị, từ những kết
luận về phân tích diễn biến lòng sông, tuy nhiên cần chú ý các điểm sau:
- Tận dụng các công tình đã xây dựng, đoạn bờ khó xói, bờ lõm có cao trình bãi cao.
Tránh các bờ đất yếu, những lạch phụ dễ lấp, những khúc cong gấp và cách đê một bãi
rộng an toàn
- Đầu và cuối tuyến chỉnh trị phải đạt tới đoạn sông có tính chất khống chế ổn định.
Nếu không, dòng nước có thể không đi vào tuyến chỉnh trị, mà phá bờ đi theo hướng
khác
- Trừ những đoạn cắt cong, tuyến chỉnh trị nên bám sát, không nên lệch quá xa trục
động lực hiện có và nằm trong phạm vi lòng dẫn cơ sở tự nhiên.

8

8

- Góc tạo thành giữa các trục động lực của lòng sông nước trung và lòng sông mùa lũ
ở những điểm giao nhau càng nhỏ càng tốt.

9

9


2. Xác định bề rộng tuyến chỉnh trị mùa nước trung [1]
Phương pháp xác định bề rộng tuyến chỉnh trị đối với vùng đồng bằng được sử dụng
lưu lượng tạo lòng và có đặc trưng tuân thủ theo quy luật hình thái, trong đó quan hệ
giữa chiều rộng B và độ sâu trung bình h được thể hiện qua biểu thức của Gluskôp:
�
�
�

ℎ

=

Theo tài liệu của các sông vùng Trung Á (Liên Xô cũ). Altunin đề nghị số mũ m = 0,5
và hằng số được xác định theo đoạn sông mẫu của từng trường hợp cụ thể.
Altunin đã đưa ra công thức tính kích thước tuyến chỉnh trị như sau:
0.
�

và ℎ =
� = �5

0.5
��
�� 0.2

1

Trong đó A được gọi là hệ số ổn định ngang, được xác định như sau:
A = 0,90

Đối với sông miền núi;

A = 1,10

Đối với sông trung du;

A = 1,30 ÷ 1,70

Đối với sông đồng bằng.

B là chiều rộng tuyến chỉnh trị (m);
Q là lưu lượng tạo lòng (m³/s);
J là độ dốc dọc đường mực nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng.
Như vậy, ứng với mỗi Q tạo lòng, ta xác định được chiều rộng B chỉnh trị và độ sâu
mực nước tương ứng, từ đó làm cơ sở thiết kế tuyến chỉnh trị phù hợp với đoạn sông
nghiên cứu.
Quan hệ giữa độ sâu bình quân H và độ sâu lớn nhất H max có thể tính bằng công thức
sau:
����� =
��. ℎ

10

10


Trong đó là hệ số dựa vào tài liệu thực đo ở các đoạn sông ổn định.

11

11


3. Xác định bề rộng tuyến chỉnh trị mùa nước lũ
- Giữ nguyên bề rộng sông, thiết kế cao trình đỉnh đê
Dựa vào lưu lượng lũ thiết kế cho đoạn sông, sử dụng các công thức tính toán và mô
phỏng thuỷ lực nhằm xác định cao trình đê. Đây sẽ là cơ sở thiết kế cao trình đỉnh đê,
bề rộng lòng, hiểu chỉnh an toàn cho các công trình chỉnh trị.
- Giữ nguyên cao trình đê, thay đổi mặt cắt lòng dẫn
Từ lưu lượng thiết kế, tính toán mô phỏng thuỷ lực cho các bề rộng lòng dẫn khác
nhau, từ đó xác định được bề rộng (mặt cắt) tối ưu, đảm bảo thoát lũ và an toàn cho
công trình chống lũ.
1.1.4.3. Các biện pháp chỉnh trị được áp dụng đối với từng mục đích sử dụng
1. Về chỉnh trị chống sạt lở bờ sông
Có rất nhiều phương án chỉnh trị trong sạt lở bờ sông, trong đó các biện pháp kè mái,
kè mỏ hàn được sử dụng rất phổ biến, đây là các công trình gia cố bờ nhằm giữ ổn
định cho bờ sông, bờ kênh hoặc các mái công trình khỏi tác động xâm thực của dòng
chảy, của sóng, của nước ngầm và những tác nhân phá hoại khác, đảm bảo an toàn cho
mục tiêu bảo vệ.
Biện pháp kè mái tác động trực tiếp lên lòng dẫn, tăng khả năng chóng đỡ của lòng
dẫn mà không phá hoại kết cấu dòng chảy (giảm tốc độ, thay đổi phương hướng) cho

nên đây là loại công trình phòng ngự, mang tính chất bị động.

12

12


Hình 1.1. Một số dạng kết cấu gia cố bờ (Nguồn – Internet)

Hình 1.2. Một số hình thức kè mái chống sạt lở bờ sông (Nguồn – Internet)
Các công trình mỏ hàn và kè hoàn lưu được sử dụng nhằm điều chỉnh hướng dòng
chảy, tạo bồi phía sau công trình nhằm tránh các tác động trực tiếp của dòng chảy lên
bờ sông. Lưu tốc dòng chảy sau các công trình giảm làm giảm khả năng xói lở của
dòng chảy.

13

13


Hình 1.3. Cấu tạo kè mỏ hàn cơ bản (Nguồn – Internet)

Hình 1.4. Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông (Nguồn – Internet)

14

14