Quan hệ hình thái và đặc điểm diễn biến của đoạn sông nghiên cứu.

Quan hệ hình thái và đặc điểm diễn biến của đoạn sông
nghiên cứu.
Một trong những công việc quan trọng trong công tác chỉnh trị sông là việc
xác định và tính toán các đặc trng hình thái sông ngòi, sự thay đổi của các đặc tr-
ng hình thái theo thời gian.
Hình thái dòng sông bao gồm : Hình thái mặt bằng của mặt cắt ngang, mặt
cắt dọc sông. Giữa các yếu tố đặc trng cho hình dạng lòng sông và các yếu tố thuỷ
văn, thuỷ lực nh: Chiều rộng, chiều sâu, lu lợng, độ dốc, đờng kính hạt có quan hệ
nhất định với nhau cũng ảnh hởng đến hình thái sông ngòi.
Nếu chế độ dòng nớc thay đổi và bùn cát trong sông thay đổi, sự cân bằng
về động lực bị phá vỡ thì kết cấu hình dạng sông cũng thay đổi sang một hình
dạng mới.
Hình thái dòng sông hoàn toàn đợc quyết định bởi sự tơng tác giữa dòng n-
ớc và lòng sông. Nhng vì diễn biến lòng sông là rất phức tạp nên khó có thể dùng
phơng trình toán học để giải quyết, từ thực tế đó ta có thể dùng phơng pháp phân
tích, chỉnh lý số liệu thực tế để tìm quan hệ hình dạng sông.
I. Tóm tắt đặc điểm đoạn sông nghiên cứu.
I.1. Vị trí và hiện trạng thế sông:
Nh chúng ta đã biết, quá trình diễn biến dòng sông là kết quả của quá trình
tác động tơng hỗ giữa dòng chảy và lòng dẫn. Những nhân tố chủ yếu ảnh hởng
đến sựu biến đổi về lòng dẫn và dòng chảy đoạn sông Hồng qua bãi Lam Sơn hiện
nay là:
- Về tổng thể, sau khi có hồ Hoà Bình điều tiết thì chế độ phân bố lu lợng,
mực nớc, bùn cát lơ lửng ở hạ lu có sự thay đổi.
- Nhân tố ảnh hởng trực tiếp đên trao đổi đoạn sông khu vực bãi Lam Sơn là
sự biến đổi dòng chảy và lòng dẫn của đoạn sông ở thợng lu gần tiếp liền kề trên
nó, đó là đoạn Nghi Xuyên Quang Lãng Phú Hùng Cờng, nhất là đoạn sạt
lở khu vực Phú Hùng Cờng và hạ lu chỗ mỏ hàn đã đợc lập dự án nhng cha đợc
xây dựng đã góp phần tạo nên hiện tợng sạt lở mạnh ở bãi Lam Sơn nh hiện nay.
- Nhân tố tiếp theo là do địa hình sông Hồng chảy qua khu vực nghiên cứu
có nhiều đoạn sông cong và nhất là sau khi thi công cầu Yên Lệnh, các trụ cầu bê

tông cũng làm cản trở và thay đổi dòng chảy gây ra hiện tợng sạt lở rất nghiêm
trọng khu vực bãi Lam Sơn.
I.2. Phân tích nguyên nhân xói lở, diễn biến lòng dẫn của đoạn sông Hồng
qua bãi Lam Sơn và ảnh hởng sự biến đổi từ thợng lu.
Cách cầu Yên Lệnh về phía thợng lu là Quang Lãng. Trớc năm 1969, lòng
sông phía thợng lu Quang Lãng chia thành 2 nhánh men theo hai phía của bãi
Chim, trong đó nhánh phải là nhánh chính. Trong màu lũ năm 1969 có hiện tợng
đổi dòng, nhánh chính đột ngột chuyển sang trái (chảy giữa bãi Chim và bãi Đức
Hợp) đã gây ra sự cố đê Quang Lãng vào tháng 8/1969.
Hạ lu Quang Lãng là nhánh Ngọc Đồng Cao Xá - Phú Hùng Cờng cũng
chia làm 2 nhánh: Nhánh trái Ngọc Đồng Cao Xá là nhánh chính, khá cong,
đáy sông khá sâu; nhánh phải Phú Hùng Cờng là nhánh phụ, đáy sông khá nông.
Trớc năm 1971, bờ lớn của nhánh thờng bị xói mạnh, đáy sông bờ lõm ở cao trình
-14.00m. Sự đổi dòng ở thợng lu Quang Lãng năm 1969 đã ảnh hởng dây chuyền
xuống hạ lu. Sau lũ lịch sử năm 1971 xuất hiện bãi bồi ở bờ trái Ngọc Đồng
Cao Xá vùng cửa vào. Lợi dụng xu thế này ngời ta tiếp tục cho thả các cụm cây
gây bồi để đẩy nhanh tốc độ bồi lắng cửa vào Ngọc Đồng Cao Xá với mong
muốn chuyển bớt dòng chảy sang nhánh phải Phú Hùng Cờng, giảm bớt sự uy
hiếp tuyến kè Ngọc Đồng Cao Xá.
Khi thấy cửa Ngọc Đồng Cao Xá đợc bồi nhanh, đã hình thành chủ tr-
ơng lấp nhánh này để tạo tuyến sông mới đi giữa bờ Hà Nam và bãi Phú Hùng C-
ờng. Kết quả cửa vào nhánh trái đợc bồi cao dần, năm 1970 đáy sông sâu nhất ở
nhánh này đo đợc ở cao trình -4.00m, năm 1980 ở cao trình +0.00m và năm 1989
phổ biến ở cao trình +4.00m. Tơng tự thì cửa ra của nhánh cũng đợc bồi cao và
thu hẹp dần.
Lòng sông nhánh Ngọc Đồng Cao Xá bồi cao đã dẫn nớc sang nhánh
phải Phú Hùng Cờng, lòng sông nhánh này nhanh chóng đợc đào sâu, mở rộng.
Năm 1970 đáy sông ở cao trình -1.00m, năm 1980 ở cao trình -6.00m, năm 1989
ở cao trình -7.40m và năm 1991 ở cao trình -11.90m. Tuy nhiên sau khi dòng chủ
lu chuyển nhánh Phú Hùng Cờng thì bờ phải bãi này đã bị xói mạnh từ năm 1974,

từ dạng bờ tơng đối thẳng (năm 1970) đã trở thành bờ lõm của một đoạn sông
cong nh hiện nay. Bờ Phú Hùng Cờng bị xói sâu vào trong khoảng 500-700m nên
những năm qua Tỉnh đã phải xây dựng hệ thống mỏ hàn để ổn định bờ sông.
Mặt khác bãi Lam Sơn là sự nối dài của hệ thống mỏ hàn Phú Hùng Cờng,
khi hệ thống này cha đủ sức để đẩy dòng chảy sang phía bờ đối diện Hà Nam do
vậy phía hạ lu khu vực Phú Hùng Cờng là bãi Lam Sơn tiếp tục theo dòng chủ lu
ép sát mà gây ra hiện tợng sạt lở nghiêm trọng.
Một nguyên nhân khác gây ra hiện tợng xói lở bãi Lam Sơn là từ cấu tạo
địa chất công trình. Trên toàn tuyến sông từ Phú Hùng Cờng đến hết bãi Lam Sơn
có cấu tạo địa chất phức tạp, không đồng nhất. Từ cao trình +1.00m trở lên có thể
thấy những lớp đất thịt xen kẽ những thấu kính cát mịn. Qua quan sát thực địa có
thể thấy rằng các điểm bị h hỏng là các điểm có cấu tạo địa chất là các hạt cát
mịn, không thể chống đỡ đợc lu tốc dòng thấm ra khi nớc sông hạ thấp và sóng do
tàu thuyền đi lại trên sông dội vào.
Một nguyên nhân tiếp theo là diễn biến thực tế về quan hệ hình thái đoạn
sông khu vực nghiên cứu. Nguyên nhân này sẽ đợc trình bày cụ thể ở tiếp theo
(phần II) của chơng này.
II. Quan hệ hình thái và đặc điểm diễn biến đoạn sông nghiên cứu.
II.1. Xác định lu lợng tạo lòng.
1.1. Lu lợng tạo lòng:
Hình dạng và kích thớc lòng sông phụ thuộc vào lu lợng nớc chảy qua, do
đó nó cũng thay đổi với sự thay đổi của lu lợng nớc. Nói cách khác, lu lợng có vai
trò quan trọng trong quá trình tạo lòng cũng nh quá trình vận động của lòng sông.
Dù cho lòng sông có cấu tạo bằng các hạt có kích thớc khác nhau, dòng chảy có
độ lớn nhỏ thế nào thì việc tạo lòng sông vẫn diễn ra dới các hình thức khác nhau
hoặc là chuyền tảI, hoặc là gây ra lắng đọng một số hạt bùn cát với kích thớc tơng
ứng xuống lòng sông và kết quả là làm thay đổi hình dạng và kích thớc lòng sông.
Lu lợng tạo lòng là một loại lu lợng nào đó có tác dụng rất lớn đến quá
trình tạo lòng sông, cũng nh diễn biến lòng sông. Tác dụng tạo lòng của nó trên
cơ bản là bằng tác dụng tạo lòng tổng hợp của quá trình lu lợng nhiều năm.

Về mùa kiệt dòng chảy trên sông đợc cung cấp chủ yếu là lợng nớc ngầm
đợc tích trữ của mùa ma trên lu vực, nên mực nớc thấp, ít dao động, tốc độ và lu l-
ợng dòng chảy nhỏ. Tuy mùa kiệt có thời gian kéo dài nhng tác dụng tạo lòng của
nó là không đáng kể.
Trong mùa lũ, nớc sông đợc cung cấp bởi lợng ma, mực nớc sông lên cao,
dao động lớn, đặc biệt trong thời kỳ xuất hiện các con lũ lớn, xảy ra sự thay đổi
hình dạng sông trên mặt bằng cũng nh sự thay đổi mặt cắt lòng sông : trong đó sự
xuất hiện các hố xói sâu, sự lắng đọng mạnh mẽ của bùn cát, sự uốn thẳng các
đoạn cong, hiện tợng tràn các bãi bên và bãi lòng sông dẫn tới sự hình thành dòng
chảy tràn bãi. Nh vậy, tác dụng tạo lòng của nớc lũ rất lớn nhng thời gian tác dụng
lại ngắn nên ảnh hởng tới quá trình tạo lòng sông không lớn.
Cho nên lu lợng tạo lòng sông không thể là lu lợng nớc kiệt, nhng cũng
không phải là lu lợng lũ lớn nhất. Lu lợng này chỉ có thể là lu lợng lũ tơng đối
lớn, trong suốt thời gian gây ra diễn biến lòng sông, nhng diễn biến này đợc tạo
thành bởi một số cấp lu lợng thực tế thay đổi trong thiên nhiên.
Do các điều kiện cục bộ về vị trí địa lý, về địa hình khác nhau nên quá trình
và xu thế diễn biến của các đoạn sông cũng khác nhau. Điều đó có nghĩa là không
thể sử dụng một lu lợng tạo lòng nào đó cho nhiều đoạn khác nhau của một con
sông hoặc cho nhiều con sông khác nhau. Mà lu lợng tạo lòng đợc xác định cho
từng đoạn sông có xu thế diễn biến nhất định.
1.2. Các phơng pháp xác định lu lợng tạo lòng:
Hiện nay có nhiều quan niệm và phơng pháp khác nhau để tính lu lợng tạo
lòng. Do đó lu lơng tạo lòng mang tính chất quy ớc và tuỳ theo mục đích, yêu cầu
và nhiệm vụ đặt ra mà lựa chọn phơng pháp tính thích hợp. Các phơng pháp thờng
dùng trong tính toán lu lợng tạo lòng gồm :
- Phơng pháp lu lợng tạo lòng tơng đơng dùng chỉ tiêu cờng độ thay đổi
lòng sông của H.A. Raranhitx
- Phơng pháp tính lu lợng tạo lòng dựa theo mực nớc tạo lòng của Saphênát.
- Phơng pháp tính lu lợng tạo lòng của Makaveep.
- Phơng pháp kinh nghiệm: chọn trị số Q

TL
ứng với mực nớc ngang bãi già (
bãi già là bãi sông mà có cây cối mọc lâu năm).
- Phơng pháp tần suất: lấy lu lợng tạo lòng ứng với tần suất 5%-10%
Trong các phơng pháp trên thì phơng pháp Makaveep là phổ biến nhất và
đang đợc sử dụng nhiều còn các phơng pháp khác chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm
để tính toán khi không có đủ tài liệu thuỷ văn nhng phơng pháp kinh nghiệm cũng
có thể làm cơ sở cho việc lựa chọn Q
TL
hợp lý. Makaveep khẳng định rằng diễn
biến lòng sông có liên quan chặt chẽ đến chuyển động của bùn cát. Mức chuyển
động bùn cát càng lớn thì diễn biến lòng sông càng mạnh. Theo Makaveep mức
chuyển cát phụ thuộc 3 yếu tố: Lu lợng nớc Q, tần suất xuất hiện của cấp lu lợng
ấy ng với P, độ dốc mặt nớc ứng với Q tức là tổ hợp PJQ
m
trong đó ảnh hởng của
Q là chủ yếu nên m>1. Đối với vùng đồng bằng lòng sông là bùn cát thì m = 2,
với lòng sông cuội sỏi thì m = 2.5 vậy khi tổ hợp PJQ
m
đạt giá trị lớn nhất thì lu l-
ợng ứng với tổ hợp đó chính là lu lợng tạo lòng.
1.3. Xác định lu lợng tạo lòng bằng phơng pháp Makaveep cho đoạn sông từ
Hà Nội đến Hng Yên:
Đoạn từ Hà Nội đến Hng Yên chịu ảnh hởng trực tiếp của sông Hồng, nên sự
thay đổi của chế độ dòng chảy trên sông Hồng sẽ ảnh hởng trực tiếp tới chế độ
dòng chảy, diễn biến dòng sông của khu vực nghiên cứu. Việc công trình xây dựng
hồ Hoà Bình đi vào hoạt động đã làm thay đổi đáng kể đến chế độ dòng chảy, diễn
biến lòng sông phía hạ lu sông Hồng. Do đó việc xác định lu lợng tạo lòng sông
đoạn từ Hà Nội đến Hng Yên đợc chia làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn trớc khi có hồ Hoà Bình (từ năm 1985 trở về trớc)

- Giai đoạn sau khi có Hồ Hoà Bình (từ năm 1986 đến nay)
*Tài liệu tính toán bao gồm:
Các đặc trng Trạm Hà Nội (năm) Trạm Hng Yên (năm)
Lu lợng bq ngày Q(m3/s) 1956 - 2004 -
Mực nớc bq ngày H (cm) 1961 - 2005 1956 - 2003
Độ đục bq tháng, năm (g/m3) 1957 - 2005 -
Lu lợng bc bq năm R (kg/s) 1956 - 2005 -
1.4. Các bớc tính toán:
1.4.1. Thời kỳ trớc khi có hồ Hoà Bình:
B ớc 1 : Chọn năm điển hình:
Từ tài liệu lu lợng bình quân ngày Q
ngày

(1956-1985) và độ đục bình quân
tháng, năm

năm
(1957-1985) ta xác định các đặc trng sau:
Độ đục bình quân nhiều năm

nn
=584 g/m3
Lu lợng nớc bình quân nhiều năm
nn
Q
=2.721 m3/s
Chọn năm điển hình là năm có lu lợng nớc bình quân năm và độ đục bình quân
năm gần với lu lợng nớc và độ đục bình quân nhiều năm. Từ chỉ tiêu chọn năm
điển hình ta thấy năm 1982 có:
+Q

năm
= 2.742 m
3
/s sai lệch so với
nn
Q
là 21 m
3
/s
+

năm
= 482 g/m
3
sai lệch so với

nn
là 102 g/m
3
Vậy ta chọn năm 1982 là năm điển hình.
B ớc 2 : Xây dựng quan hệ Q~J.
Từ tài liệu mực nớc bình quân ngày trạm Hà Nội và trạm Hng Yên (chọn số liệu
của các năm từ năm1981-1984) ta tính độ dốc theo công thức :
J =
L
HH
HYHN

( với L
Hng Yên Hà Nội

= 60 km)
Từ công thức trên ta có bảng tính toán độ dốc sau:
Bảng 2.1: Bảng tính toán độ dốc giữa trạm Hà Nội và trạm Hng Yên
thời kỳ trớc khi có hồ Hoà Bình (số liệu năm 1980 1984)
Năm Tháng
Mực nớc bq tháng (cm)
J *10
-5
Lu lợng BQ
tháng Q (m3/s)
Trạm Hà Nội Trạm Hng Yên
1980
1 307,7 101,00 3,44481 995,0
2 303,5 99,00 3,40833 979,0
3 258,8 77,00 3,03074 623,0
4 263,0 80,00 3,05038 616,0
5 347,1 129,00 3,63537 1120,0
6 421,9 176,00 4,09781 1630,0
7 803,5 478,00 5,42491 6230,0
8 911,2 576,00 5,58694 7210,0
9 814,4 502,00 5,20610 5530,0
10 543,0 286,00 4,28324 2430,0
11 376,5 182,00 3,24095 1310,0
12 317,8 135,00 3,04731 1020,0
1981
1 311,4 128,00 3,05620 977,0
2 288,4 115,00 2,88929 875,0
3 271,4 105,00 2,77278 823,0
4 380,0 167,00 3,55067 1370,0
5 519,6 275,00 4,07667 2820,0

6 707,1 414,00 4,88486 4430,0
7 805,5 485,00 5,34241 5680,0
8 936,0 562,00 6,23407 7370,0
9 817,6 469,00 5,81076 5550,0
10 672,3 357,00 5,25519 4080,0
11 610,5 314,00 4,94095 3310,0
12 443,2 197,00 4,10343 1720,0
1982
1 343,5 145,00 3,30806 1200,0
2 317,4 131,00 3,10714 987,0
3 263,4 110,00 2,55645 658,0
4 332,6 149,00 3,06000 1130,0
5 284,8 127,00 2,62957 779,0
6 508,0 283,00 3,75056 2200,0
7 701,2 432,00 4,48602 4190,0
8 933,4 583,00 5,83978 7880,0
9 798,0 491,00 5,11722 5430,0
10 677,1 405,00 4,53495 4080,0
11 507,6 289,00 3,64389 2470,0
12 418,6 213,00 3,42742 1490,0
1983
1 363,0 148,00 3,58370 1020,0
2 327,8 123,00 3,41364 842,0
3 345,6 140,00 3,42639 1010,0
4 275,6 103,00 2,87667 731,0
5 334,6 133,00 3,36000 1080,0
6 458,3 183,00 4,58771 1750,0
7 514,8 213,00 5,03019 2420,0
8 860,6 500,00 6,00926 6290,0
9 853,4 504,00 5,82390 6100,0

10 692,7 379,00 5,22898 4300,0
11 634,8 334,00 5,01390 3660,0
12 452,8 193,00 4,33037 1700,0
1
1 402,1 155,00 4,11824 1380,0
984
2 326,1 111,00 3,58539 934,0
3 273,6 82,00 3,19259 700,0
4 285,5 87,00 3,30867 754,0
5 448,3 193,00 4,25481 1890,0
6 731,5 401,00 5,50752 4610,0
7 904,2 524,00 6,33630 7010,0
8 748,1 419,00 5,48463 4840,0
9 738,8 405,00 5,56257 4680,0
10 698,3 382,00 5,27148 4110,0
11 499,9 237,00 4,38162 2170,0
12 367,3 147,00 3,67204 1290,0
Từ đờng quan hệ Q~J, ta có phơng trình tơng quan:
J = 1,2602*Ln(Q) 5,3885
B ớc 3 : Phân cấp đờng quá trình lu lợng ( Q ~ t) của năm điển hình 1982
Do lu lợng trên sông Hồng có sự chênh lệch lớn giữa mùa kiệt và mùa lũ, nên ta
phân cấp ( Q ~t ) làm 40 cấp.
B¶ng 2.2: B¶ng tÝnh to¸n lu lîng t¹o lßng tr¹m Hµ Néi
thêi kú tríc khi cã hå Hoµ B×nh (40 cÊp)
CÊp Qc
Sè lÇn xh
(ngµy)
Qc tb J(*10
-5
) P (%) P*J*Qm

3 556,00 61 687,80 2,85 0,1671 224.929,16
2 819,60 54 951,40 3,25 0,1479 435.739,85
3 1.083,20 42 1.215,00 3,56 0,1151 605.078,04
4 1.346,80 20 1.478,60 3,81 0,0548 456.360,32
5 1.610,40 9 1.742,20 4,02 0,0247 300.584,49
6 1.874,00 11 2.005,80 4,19 0,0301 508.491,23
7 2.137,60 11 2.269,40 4,35 0,0301 675.074,86
8 2.401,20 18 2.533,00 4,49 0,0493 1.420.012,24
9 2.664,80 15 2.796,60 4,61 0,0411 1.482.550,36
10 2.928,40 15 3.060,20 4,73 0,0411 1.818.890,79
11 3.192,00 11 3.323,80 4,83 0,0301 1.608.210,26
12 3.455,60 4 3.587,40 4,93 0,0110 694.804,09
13 3.719,20 3 3.851,00 5,02 0,0082 611.388,92
14 3.982,80 8 4.114,60 5,10 0,0219 1.892.166,72
15 4.246,40 5 4.378,20 5,18 0,0137 1.359.532,04
16 4.510,00 6 4.641,80 5,25 0,0164 1.859.896,97
17 4.773,60 8 4.905,40 5,32 0,0219 2.806.225,32
18 5.037,20 13 5.169,00 5,39 0,0356 5.126.146,15
19 5.300,80 6 5.432,60 5,45 0,0164 2.643.781,59
20 5.564,40 4 5.696,20 5,51 0,0110 1.958.944,11
21 5.828,00 7 5.959,80 5,57 0,0192 3.791.612,78
22 6.091,60 5 6.223,40 5,62 0,0137 2.982.103,99
23 6.355,20 4 6.487,00 5,67 0,0110 2.616.169,16
24 6.618,80 1 6.750,60 5,72 0,0027 714.543,35
25 6.882,40 1 7.014,20 5,77 0,0027 777.943,10
26 7.146,00 2 7.277,80 5,82 0,0055 1.688.519,85
27 7.409,60 2 7.541,40 5,86 0,0055 1.827.023,05
28 7.673,20 1 7.805,00 5,91 0,0027 985.714,98
29 7.936,80 3 8.068,60 5,95 0,0082 3.182.660,31
30 8.200,40 3 8.332,20 5,99 0,0082 3.417.128,52

31 8.464,00 2 8.595,80 6,03 0,0055 2.440.397,23
32 8.727,60 0 8.859,40 6,07 - -
33 8.991,20 1 9.123,00 6,10 0,0027 1.391.568,63
34 9.254,80 1 9.386,60 6,14 0,0027 1.481.811,42
35 9.518,40 1 9.650,20 6,17 0,0027 1.575.111,11
36 9.782,00 2 9.913,80 6,21 0,0055 3.342.961,94
37 10.045,60 0 10.177,40 6,24 - -
38 10.309,20 1 10.441,00 6,27 0,0027 1.873.482,61
39 10.572,80 2 10.704,60 6,30 0,0055 3.958.278,51
40 10.836,40 2 10.968,20 6,33 0,0055 4.175.831,68
41 11.100,00
365
Từ bảng 2.2 ta vẽ đờng quan hệ Q~PJQ
m
với m = 2, ứng với 40 cấp.
Từ đờng quan hệ Q~PJQ
m
ta có kết quả sau:
Q
tlmax1
5.037 m
3
/s
Q
tlmax2
5.830 m
3
/s
Q
tlmax3

8200 m
3
/s
Bớc 4: Kiểm tra kết quả tính toán theo phơng pháp kinh nghiệm:
Để kiểm tra kết quả tính lu lợng toạ lòng theo phơng pháp Makaveep có chính xác
hay không ta tính lu lợng tạo lòng theo phơng pháp đờng tần suất (theo phơng
pháp kinh nghiệm).
Lấy số liệu lu lợng màu lũ năm điển hình thời kỳ trớc khi có hồ Hoà Bình (năm
1982) và vẽ đờng tần suất lu lợng mùa lũ, ta có kết quả sau:
P (%) Q
tl
(m
3
/s)
5% 9.000
10% 7.800
Sau khi so sánh hai phơng pháp, ta chọn lu lợng tạo lòng thời kỳ trớc khi có hồ Hoà Bình là Q
TL
= 8.200 (m
3
/s).