Nghiên cứu bước đầu dòng thấm và sự ổn định của bờ sông trong vùng chịu ảnh hưởng triều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

HUỲNH THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU DÒNG THẤM VÀ SỰ ỔN ĐỊNH
CỦA BỜ SÔNG TRONG VÙNG CHỊU ẢNH HƯỞNG TRIỀU
Chuyên ngành : Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 605840

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2012


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG-TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn ......................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Võ Khắc Trí ......................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Lưu Xuân Lộc...........................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 21 tháng 09 năm 2012
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS Nguyễn Thống.......................
2. TS Nguyễn Quang Trưởng ..................
3. PGS.TS Võ Khắc Trí ..........................

4. TS Lưu Xuân Lộc ...............................
5. PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn..................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Huỳnh Thị Phương Thảo .............................. MSHV: 10200398 ..........
Ngày, tháng, năm sinh: 27/05/1986 ......................................... Nơi sinh: Đồng Tháp ......
Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy ............................... Mã số: 605840 .............
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU DÒNG THẤM VÀ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA
BỜ SÔNG TRONG VÙNG CHỊU ẢNH HƯỞNG TRIỀU ..........................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu về dịng thấm khơng ổn định và sự ảnh
hưởng của nó đến sự ổn định bờ sông ........................................................................
..................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ...................................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ..................................................................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. HUỲNH THANH SƠN...................................
........................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày 24 tháng 09 năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành luận văn này, tơi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ bạn bè,
đồng nghiệp và q thầy cơ.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Huỳnh Thanh Sơn đã tận tình
chỉ bảo và hướng dẫn trong suốt quá trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp đã cho tơi những
ý kiến đóng góp q báu để luận văn hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn Cty CP TVXD Thủy Lợi 2 đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hồn thành luận văn này.
Đồng thời xin cảm ơn Phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa
TPHCM, q thầy cơ trong bộ mơn Tài nguyên nước đã tạo điều kiện để tôi học tập

và hồn thành tốt khóa học.
Trong q trình làm luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm
rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của q thầy cơ và các bạn để luận
văn hồn thiên hơn.
TPHCM, ngày 24 tháng 09 năm 2012
Học viên
Huỳnh Thị Phương Thảo


TĨM TẮT

NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU DỊNG THẤM VÀ SỰ ỔN ĐỊNH
CỦA BỜ SƠNG TRONG VÙNG CHỊU ẢNH HƯỞNG TRIỀU
Bờ sơng thường bị sạt lở do nhiều nguyên nhân: dòng chảy trong sơng,
dịng thấm trong bờ, địa chất bờ, bùn cát trong lịng dẫn, sự khai thác vật liệu trên đáy
sơng, … Đối với những con sông trong vùng chịu ảnh hưởng triều thì tính khơng ổn
định của dịng chảy là một yếu tố cần được quan tâm khi xét sự ổn định của bờ sơng.
Mục đích của luận văn này là nghiên cứu bước đầu dòng thấm và sự ổn định của
bờ sông trong vùng chịu ảnh hưởng triều. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu trong
luận văn là xây dựng các mơ hình tốn học (giải tích và tốn số) và ứng dụng một số
phần mềm để giải bài toán dịng thấm khơng ổn định và kiểm tra sự ổn định của bờ
sơng.
Luận văn gồm 3 chương:
 Chương 1 trình bày tổng quan về luận văn, bao gồm một số tình hình sạt
lở bờ sơng ở TP. HCM và ở ĐBSCL cũng như mục tiêu, nội dung, phương pháp và
phạm vi nghiên cứu của luận văn.
 Chương 2 là phần cơ sở lý thuyết của luận văn, bao gồm các phương trình
tính tốn dịng thấm khơng ổn định 1D và 2D cùng với lời giải của chúng theo các
phương pháp khác nhau (giải tích, sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn) và phương
pháp cân bằng giới hạn tính ổn định bờ sơng.

 Chương 3 là kết quả tính tốn, so sánh và nhận xét giữa các lời giải nhận
được ở chương 2 với các dữ liệu thực đo tại hai vị trí bờ sơng (Bình Lợi trên bờ sơng
Sài Gịn tại TP. HCM và Bình Đức trên bờ sơng Hậu tại Long Xuyên).
Một số kết luận và kiến nghị được trình bày ở cuối luận văn.


ABSTRACT

INITIAL RESEARCH ON SEEPAGE AND STABILITY OF
RIVER BANK IN ZONES INFLUENCED BY TIDAL FLOW
River banks are often eroded by many causes: river flow, bank seepage,
bank geology, channel sediment, sand exploitation, etc … For rivers in zones
influenced by tidal flow, the unsteadiness of flow is also an element which must be
considered for the river bank stability.
The aim of this Master thesis is to study initially the seepage and the stability of
river bank in zones influenced by tidal flow. The methods used mainly in the thesis
is to establish some analytical and numerical models and to apply some softwares
to solve the unsteady seepage problem and verify the stabilty of the river bank.
The thesis comprises three chapters:
 Chapter 1 presents the thesis generality, including some river bank
erosion situations in HCM City and in the Mekong Delta of Vietnam, and also the aim,
content, method and scope of thesis.
 Chapter 2 is the basic theory, including 1D and 2D seepage equations with
their solutions by various (analytical, finite difference and finite element) methods
and also the limited equilibrium method for slope stability.
 Chapter 3 presents calculations, comparisons and remarks between
the theoretical solutions and the in-situ measure data for two sites (Binh Loi on the
Saigon river bank at HMC City and Binh Duc on the Hau river bank at Long Xuyen).
Some conclusions and propositions are mentioned at the end of thesis.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu, thông tin được sử dụng trong luận văn là trung
thực. Các kết quả trình bày chưa từng được cơng bố trong các cơng trình nghiên cứu
khác.
TPHCM, ngày 24 tháng 09 năm 2012
Học viên
Huỳnh Thị Phương Thảo


-i-

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... - 1 1.1.

Đặt vấn đề ................................................................................................. - 1 -

1.2

Các nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................................... - 9 -

1.2.1 Nghiên cứu trong nước .......................................................................... - 9 1.2.2 Nghiên cứu ngoài nước ........................................................................ - 11 1.3

Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn ................. - 14 -

1.3.1 Mục đích nghiên cứu ........................................................................... - 14 1.3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................. - 14 1.3.3

Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ - 15 -

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... - 16 2.1

Dịng thấm khơng ổn định 1D ................................................................. - 16 -

2.1.1 Phương trình dịng thấm khơng ổn định 1D ......................................... - 16 2.1.2

Phương pháp giải tích ......................................................................... - 17 -

2.1.3

Phương pháp sai phân hữu hạn ........................................................... - 21 -

2.2

Dịng thấm khơng ổn định 2D ................................................................ - 24 -

2.2.1 Đường cong đặc trưng đất – nước ........................................................ - 24 2.2.2

Hàm thấm ........................................................................................... - 26 -

2.2.3

Cơ sở lý thuyết của dòng thấm 2D ...................................................... - 28 -

2.2.4

Giải bài toán thấm 2D bằng phương pháp phần tử hữu hạn ................. - 29 -

2.3

Lý thuyết tính tốn ổn định mái dốc ....................................................... - 30 -

2.3.1 Các giả thiết tính tốn .......................................................................... - 30 2.3.2

Phương trình cân bằng mơmen ........................................................... - 34 -

2.3.3 Phương trình cân bằng lực ................................................................... - 34 2.3.4

Phương tình cân bằng giới hạn tổng quát ............................................ - 35 -

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN ................................................................. - 36 -

Mục lục


-i3.1

Kết quả tính tốn dịng thấm khơng ổn định với số liệu đo đạc tại Thanh Đa -

Bình Lợi ............................................................................................................ - 36 3.1.1

Giới thiệu chung ................................................................................. - 36 -

3.1.2

Số liệu đầu vào ................................................................................... - 36 -

3.1.3

Kết quả tính tốn dịng thấm 1D theo phương pháp giải tích ............... - 43 -

3.1.4

Kết quả tính tốn dịng thấm 1D theo theo lời giải giải tích ở bài báo ........
............................................................................................................ - 46 -

3.1.5

Kết quả tính tốn dịng thấm 1D theo theo phương pháp sai phân hữu hạn .
............................................................................................................ - 50 -

3.1.6

Kết quả tính tốn dịng thấm 2D theo phương pháp phần tử hữu hạn .. - 58 -

3.1.7

So sánh kết quả tính tốn dòng thấm theo các phương pháp ................ - 63 -

3.1.8

Kết quả tính tốn ổn định mái dốc ...................................................... - 66 -

3.2

Kết quả tính tốn dịng thấm khơng ổn định với số liệu đo đạc tại Bình Đức –

Long Xuyên ....................................................................................................... - 69 3.2.1

Số liệu đầu vào ................................................................................... - 71 -

3.2.1

Kết quả tính tốn dịng thấm của phương pháp giải tích ...................... - 75 -

3.2.2

Kết quả tính tốn dịng thấm theo lời giải giải tích ở bài báo............... - 78 -

3.2.3

Kết quả tính tốn dịng thấm của phương pháp sai phân hữu hạn ........ - 81 -

3.2.4

Kết quả tính tốn dịng thấm của phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần

mềm Seep/w ................................................................................................... - 89 3.2.5

So sánh kết quả tính tốn giữa các phương pháp ................................. - 95 -

3.2.6

Kết quả tính toán ổn định mái dốc ...................................................... - 98 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. - 104 Kết luận .......................................................................................................... - 104 Kiến nghị ......................................................................................................... - 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... - 106 -

Mục lục

-ii-

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ TP. HCM ..................................................................................... - 3 Hình 1.2: Bản đồ các vị trí sạt lở bờ sơng Cửu Long 03 ........................................ - 5 Hình 1.3: Sạt lở bờ sông Swale ở Yorkshire – Anh .................................................. - 8 Hình 1.4: Sạt lở bờ sơng Hậu ................................................................................... - 8 Hình 1.5: Sạt lở bờ kênh Thanh Đa.......................................................................... - 9 Hình 2.1: Đường cong đặc trưng đất – nước .......................................................... - 24 Hình 2.2: Đường cong đặc trưng đất – nước cho 3 loại đất điển hình ..................... - 25 Hình 2.3: Quan hệ giữa hàm thấm và độ hút dính .................................................. - 26 Hình 2.4: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt trịn ................ - 31 Hình 2.5: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt hỗn hợp .......... - 32 Hình 2.6: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc......... - 32 Hình 3.1: Vị trí đo đạc tại Cảng vụ đường thủy nội địa 3 ....................................... - 37 Hình 3.2: Đo cột nước đo áp trong các ống ............................................................ - 37 Hình 3.3: Sự biến thiên của cột nước đo áp theo thời gian trong sông và trong 6 ống đo
áp .......................................................................................................................... - 39 Hình 3.4: Sự biến thiên của cột nước đo áp theo khoảng cách từ bờ sông trong 12 giờ ...
.............................................................................................................................. - 40 Hình 3.5: Sự biến thiên của cột nước đo áp theo khoảng cách từ bờ sơng trong 12 giờ ...
.............................................................................................................................. - 41 Hình 3.6: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp giải tích .. - 46 Hình 3.7: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp giải tích theo
bài báo [05] ........................................................................................................... - 50 Hình 3.8: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp sai phân trường
hợp mái đất thẳng đứng ......................................................................................... - 54 Hình 3.9: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp sai phân trường
hợp mái đất nghiêng .............................................................................................. - 58 Mục lục


-iiHình 3.10: Mơ hình bờ sơng tính thấm .................................................................. - 58 Hình 3.11: Đường cong thể hiện mối quan hệ hệ số thấm – độ hút dính ................ - 59 Hình 3.12: Đường cong thể hiện mối quan hệ độ ẩm thể tích – độ hút dính ........... - 59 Hình 3.13: Dịng thấm khơng ổn định tại thời điểm t = 1h ..................................... - 60 Hình 3.14: Dịng thấm không ổn định tại thời điểm t = 12h ................................... - 60 Hình 3.15: Dịng thấm khơng ổn định tại thời điểm t = 24h ................................... - 60 Hình 3.16: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp phần tử hữu
hạn ........................................................................................................................ - 63 Hình 3.17: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 0m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 63 Hình 3.18: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 1m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 64 Hình 3.19: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 2m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 64 Hình 3.20: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 3m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 65 Hình 3.21: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 5m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 65 Hình 3.22: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 8m theo các phương
pháp ...................................................................................................................... - 66 Hình 3.23: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 1h ............................................. - 67 Hình 3.24: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 12h ........................................... - 67 Hình 3.25: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 24h ........................................... - 67 Hình 3.26: Hệ số ổn định mái dốc k theo thời gian theo phương pháp Bishop ....... - 68 Hình 3.27: Vị trí đo đạc tại Bình Đức (Long Xun) ............................................. - 69 Hình 3.28: Bố trí các ống đo áp trên bờ sơng ......................................................... - 70 Hình 3.29: Đo cột nước đo áp trong các ống .......................................................... - 70 -

Mục lục


-iiHình 3.30: Sự biến thiên của cột nước đo áp theo thời gian trong sông và trong 7 ống
đo áp ..................................................................................................................... - 72 Hình 3.31: Sự biến thiên của cột nước đo áp theo khoảng cách từ bờ sông trong 24 giờ
.............................................................................................................................. - 73 Hình 3.32: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp giải tích - 78 Hình 3.33: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp giải tích theo
bài báo [05] ........................................................................................................... - 81 Hình 3.34: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian theo phương pháp sai phân hữu
hạn trường hợp mái đất thẳng đứng ....................................................................... - 85 Hình 3.35: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian theo phương pháp sai phân hữu
hạn trường hợp mái đất nghiêng ............................................................................ - 89 Hình 3.36: Mơ hình bờ sơng tính thấm .................................................................. - 89 Hình 3.37: Đường cong thể hiện mối quan hệ hệ số thấm – độ hút dính ................ - 90 Hình 3.38: Đường cong thể hiện mối quan hệ độ ẩm thể tích – độ hút dính ........... - 90 Hình 3.39: Dịng thấm khơng ổn định tại thời điểm t = 1h ..................................... - 91 Hình 3.40: Dịng thấm khơng ổn định tại thời điểm t = 12h ................................... - 91 Hình 3.41: Dịng thấm khơng ổn định tại thời điểm t = 24h ................................... - 92 Hình 3.42: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian của phương pháp phần tử hữu

hạn ........................................................................................................................ - 95 Hình 3.43: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 0m của các phương pháp
.............................................................................................................................. - 95 Hình 3.44: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 1m của các phương pháp
.............................................................................................................................. - 96 Hình 3.45: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 3m của các phương pháp
.............................................................................................................................. - 96 Hình 3.46: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 6m của các phương pháp
.............................................................................................................................. - 97 -

Mục lục


-iiHình 3.47: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 9m của các phương pháp
.............................................................................................................................. - 97 Hình 3.48: Sự biến thiên cột nước đo áp theo thời gian tại x = 13m của các phương
pháp ...................................................................................................................... - 98 Hình 3.49: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 1h ............................................. - 99 Hình 3.50: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 12h ......................................... - 100 Hình 3.51: Hệ số ổn định mái dốc ở thời điểm t = 24h ......................................... - 101 Hình 3.52: Hệ số ổn định mái dốc k theo thời gian theo phương pháp Bishop ..... - 102 -

Mục lục


-iii-

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Số vị trí bờ sơng Cửu Long bị sạt lở ........................................................ - 4 Bảng 1.2: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa lũ ................................................ - 6 Bảng 1.3: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa khô ............................................. - 7 Bảng 3.1: Chiều sâu mực nước (ngày 10 & 11/09/2011)........................................ - 38 Bảng 3.2: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp giải
tích ........................................................................................................................ - 44 Bảng 3.3: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
giải tích ................................................................................................................. - 45 Bảng 3.4: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp giải
tích ở bài báo [05] ................................................................................................. - 48 Bảng 3.5: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
giải tích ở bài báo [05] ........................................................................................... - 49 Bảng 3.6: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp sai
phân ...................................................................................................................... - 52 Bảng 3.7: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 53 Bảng 3.8: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp sai
phân ...................................................................................................................... - 56 Bảng 3.9: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 57 Bảng 3.10: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
phần tử hữu hạn ..................................................................................................... - 61 Bảng 3.11: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
phần tử hữu hạn ..................................................................................................... - 62 Bảng 3.12: Hệ số ổn định mái dốc trong 24 giờ ..................................................... - 67 Bảng 3.13: Chiều sâu mực nước ............................................................................ - 71 Mục lục

-iiiBảng 3.14: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
giải tích ................................................................................................................. - 76 Bảng 3.15: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
giải tích ................................................................................................................. - 77 Bảng 3.16: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
giải tích ở bài báo [05] ........................................................................................... - 79 Bảng 3.17: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
giải tích ở bài báo [05] ........................................................................................... - 80 Bảng 3.18: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 83 Bảng 3.19: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 84 Bảng 3.20: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 87 Bảng 3.21: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
sai phân ................................................................................................................. - 88 Bảng 3.22: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 1h – 12h) của phương pháp
phần tử hữu hạn ..................................................................................................... - 93 Bảng 3.23: Chiều sâu mực nước H(m) theo thời gian (từ 13h – 24h) của phương pháp
phần tử hữu hạn ..................................................................................................... - 94 Bảng 3.24: Hệ số ổn định mái dốc trong 24 giờ ................................................... - 101 -

Mục lục


-1CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề

Cùng với xói bồi đáy sơng, sạt lở bờ sông là một yếu tố tạo ra sự biến hình
lịng dẫn sơng ngịi. Nếu hiện tượng đầu mang tính “ẩn” vì xảy ra dưới nước thì hiện
tượng sau lại mang tính “hiện” vì có thể dễ dàng nhìn thấy. Sự sạt lở bờ sơng gây ra
những thiệt hại kinh tế đáng kể như mất đất canh tác, hủy hoại các cơng trình cơ sở hạ
tầng, làm giảm chất lượng nước và trầm trọng hơn, gây ra những tổn thất về nhân
mạng.

Sạt lở bờ sông không phải là hiện tượng cá biệt của Việt Nam mà xảy ra ở
nhiều nơi trên thế giới. Chẳng hạn vào năm 1981, Hội Kỹ sư Cơng chánh Mỹ ước tính
trong tổng số hơn 5,63 triệu km chiều dài sông suối ở Mỹ đã có khoảng 925 nghìn km
đường bờ bị sạt lở (chiếm 16%). Một trong những vấn đề mang tính thách thức nhất
đối với việc quản lý môi trường tự nhiên ở Mỹ hiện nay là việc nghiên cứu ổn định bờ
sông bị sạt lở 01.
Ở Việt Nam, đặt biệt là ở TP. HCM và ở ĐBSCL, vấn đề sạt lở bờ sông đã và
đang thu hút khá nhiều nhà khoa học, các kỹ sư trong các trường Đại học, Viện nghiên
cứu, Công ty tư vấn, ... tham gia nghiên cứu giải quyết ở nhiều góc độ và mức độ khác
nhau. Có thể điểm qua một số tình hình sạt lở bờ sông tại hai nơi này như sau 02:
* TP. Hồ Chí Minh (TP. HCM) là thành phố lớn nhất nước với diện tích khoảng
2000 km2, gồm 17 quận và 5 huyện ngoại thành với 305 phường, xã. Dân số thành phố
khoảng hơn 8 triệu người.
TP. HCM có hàng trăm sơng rạch nhưng hầu hết là nhỏ. Sơng Sài Gịn là lớn
nhất, chảy ngang qua TP. với chiều dài khoảng 106 km và ở thượng nguồn sông này là
hồ chứa Dầu Tiếng thuộc tỉnh Tây Ninh. Một phần của sông Đồng Nai là ranh giới
giữa TP. HCM và tỉnh Đồng Nai và hồ chứa Trị An nằm trên sông này, cách TP.
Chương 1: Tổng quan


-2khoảng 60 km. Sơng Sài Gịn là một nhánh của sông Đồng Nai chảy ra biển Đông với
tên sông Nhà Bè. Mạng lưới sông rạch từ TP. đến các tỉnh xung quanh thích hợp cho
giao thơng thủy (hình 1.1).
Một trong những vấn đề nghiêm trọng của hệ thống sông rạch của TP. HCM
hiện nay là sự sạt lở bờ sông, gây ra những thiệt hại về vật chất lẫn con người. Một số
địa điểm sạt lở đáng lưu ý là các khu vực quanh bán đảo Thanh Đa, cầu Mương Chuối,
chợ Tam Thôn Hiệp, ...

Chương 1: Tổng quan

-3-

Hình 1.1: Bản đồ TP. HCM

Chương 1: Tổng quan


-4* Sông Cửu Long là tên gọi của sông Mê-Kông trên phần lãnh thổ Việt Nam, có
chiều dài khoảng 230 km từ biên giới Việt Nam - Campuchia ra tới biển Đông, với hai
nhánh: sông Tiền và sông Hậu.
Sông Cửu Long giữ vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội
của đồng bằng sông Cửu Long có diện tích khoảng 39 nghìn km2 và dân số khoảng 16
triệu người. Nhiều thành phố, làng mạc, các cơng trình được xây dựng dọc theo hai bờ
sơng.
Những khảo sát thực tế năm 2000 03 cho kết quả sau về số vị trí bờ sơng Cửu
Long bị sạt lở (bảng 1.1).
Bảng 1.1: Số vị trí bờ sơng Cửu Long bị sạt lở
Sông Cửu Long

Sông Tiền

Sông Hậu

Tổng số vị trí sạt lở:

68

37

31

Sạt lở mạnh (> 10 m/năm):

11

7

4

Sạt lở trung bình (5  10 m/năm):

32

18

14

Sạt lở yếu (< 5 m/năm):

25

12

13

Nếu thống kê theo các đặc trưng hình thái sơng ngịi, trong tổng số vị trí sạt lở
có 18 vị trí trên đoạn sơng cong, 4 vị trí ở những đoạn thu hẹp, 6 vị trí trên các sơng
nhánh, 12 vị trí trên các cù lao, .... Cho đến nay, tổng số vị trí sạt lở tăng đến khoảng
100 với tổng chiều dài khoảng 80 km.

Hình 1.2 trình bày những vị trí sạt lở chính dọc theo bờ sơng Cửu Long.

Chương 1: Tổng quan


-5-

Hình 1.2: Bản đồ các vị trí sạt lở bờ sông Cửu Long 03

Những thiệt hại do sạt lở bờ sông Cửu Long gây ra khá nghiêm trọng. Theo
các báo cáo, đã có 35 người bị thiệt mạng, 6 ngơi làng bị phá hủy, 3000 ngôi nhà,
nhiều đường sá, cầu cống, ... bị sụp đổ xuống sông.
Sau nhiều năm khảo sát hiện tượng sạt lở bờ sông ở đồng bằng sơng Cửu
Long, có thể rút ra một số nhận xét sau 03:
 Sạt lở bờ sông Cửu Long là một hiện tượng rất phức tạp diễn ra ngày càng
nhiều trên diện rộng.
 Bờ sông Tiền bị sạt lở nghiêm trọng hơn bờ sông Hậu.

Chương 1: Tổng quan


-6 Ở phần trên của sông Cửu Long, nơi bị ảnh hưởng chủ yếu của dòng chảy
thượng nguồn, sạt lở bờ sông thường xảy ra vào đầu mùa khô (tháng một, tháng hai)
với sự trượt bờ khối lớn.
 Ở phần dưới của sông Cửu Long, nơi bị ảnh hưởng chủ yếu bởi dòng triều, sự
sạt lở bờ thường xảy ra trong thời kỳ triều cường, vào cuối mùa gió đơng bắc hay đôi
khi sau bão. Thiệt hại do sạt lở bờ ở phần này ít nghiêm trọng hơn ở phần trên.
 Phần lớn đầu các cồn trên sơng bị xói lở nhiều vào mùa lũ và đuôi cồn bị bồi
lắng, làm cho cồn hình như bị dịch chuyển dần về phía hạ lưu.
 Trong những đoạn sơng cong với hố sâu bên bờ lõm, khả năng sạt lở bờ là lớn.

v.v ...
Phân tích sơ bộ nguyên nhân gây sạt lở bờ sông
Hệ thống sông rạch ở TP. HCM và sông Cửu Long có hình dạng mặt bằng khá
phức tạp và chịu ảnh hưởng triều. Dịng chảy trong sơng ln ln là dịng khơng ổn
định.
Lưu lượng dịng chảy lớn vào mùa lũ làm cho vận tốc dòng chảy tăng lên. Khi
vận tốc này vượt q so với vận tốc khơng xói cho phép của đất bờ sơng thì hiện tượng
sạt lở xảy ra.
Bảng 1.2 ghi một số giá trị của vận tốc dịng chảy trung bình max Vmax trong
mùa lũ tại Tân Châu và Long Xuyên so với vận tốc không xói cho phép Vmax. Bảng
1.3 cho những thơng tin tương tự như trong mùa khô trong phần hạ lưu sông Cửu
Long. Các giá trị Vmax được ước tính theo đồ thị do Hội Kỹ sư Công chánh Mỹ ASCE
đề nghị 04 với các loại đất bờ sông tương ứng.
Bảng 1.2: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa lũ
Tân Châu

Long Xuyên

Vmax (m/s)

2,70

1,90

Vmax (m/s)

0,50

0,50

Chương 1: Tổng quan


-7Bảng 1.3: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa khơ
Vĩnh Long

Cần Thơ

Vmax (m/s)

1,20

1,50

Vmax (m/s)

0,50

0,75

Dịng triều với chế độ bán nhật triều không đều truyền từ biển Đông (biên độ
khoảng 3m) đến biên giới Việt Nam - Campuchia với biên độ giảm cịn chừng một mét
vào mùa khơ. Ảnh hưởng của triều không những tạo ra sự thay đổi mực nước sơng theo
thời gian mà cịn tạo ra dịng thấm khơng ổn định trong khối đất bờ sơng, khiến nó khi
ướt khi khơ. Điều này có thể làm giảm những tính chất vật lý và cơ học của đất bờ
sơng. Ảnh hưởng của dịng thấm khơng ổn định đến sự ổn định của bờ sông là điều cần
được kiểm chứng.
Tác động của sóng do gió và do tàu thuyền cũng là những yếu tố không thể bỏ
qua đối với sự mất ổn định bờ sơng, trong điều kiện sơng có chiều rộng đáng kể và là
đường giao thông thủy quan trọng trong vùng.

Những vấn đề nêu trên chỉ là một số phân tích vĩ mơ về ngun nhân gây sạt lở
bờ sơng. Đối với một vị trí cụ thể, cịn cần phải nghiên cứu thêm các yếu tố cục bộ như
dạng hình học của mái bờ, các tính chất cơ lý của đất, bán kính cong, thậm chí cả đến
sự khai thác bừa bãi vật liệu ở đáy sông, ... trước khi đưa ra một giải pháp kỹ thuật
chỉnh trị sơng thích hợp.
Từ những hậu quả do sạt lở bờ sông gây nên, cần thiết phải nghiên cứu những
nguyên nhân gây nên sạt lở để tìm phương hướng khắc phục. Ngồi những ngun
nhân kể trên thì ngun nhân do tác động của dịng thấm khơng ổn định trong bờ sơng
có thể là một nguyên nhân cần được xem xét chi tiết. Chính sự cấp thiết này luận văn
đã đặt ra hai vấn đề:
1. Dịng chảy trong sơng là dịng khơng ổn định thì dịng thấm trong bờ sơng
sẽ như thế nào?

Chương 1: Tổng quan


-82. Nếu dịng thấm trong bờ sơng là khơng ổn định thì có ảnh hưởng gì đến sự
ổn định của bờ sông?
Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu bước đầu hai vấn đề trên.

Hình 1.3: Sạt lở bờ sơng Swale ở Yorkshire – Anh

Hình 1.4: Sạt lở bờ sơng Hậu

Chương 1: Tổng quan


-9-

Hình 1.5: Sạt lở bờ kênh Thanh Đa

1.2

Các nghiên cứu trong và ngồi nước
Các bài tốn về thấm và ổn định mái bờ trong trường hợp ổn định là những bài

tốn cổ điển. Tuy nhiên trong trường hợp khơng ổn định (như do chịu ảnh hưởng triều
ở TP. HCM và ĐBSCL) thì hiện chưa có nhiều nghiên cứu cả ở trong nước và ngoài
nước. Dưới đây là một số nghiên cứu đã được tìm thấy trong các bài báo, tạp chí, sách
vở trong thời gian vừa qua.
1.2.1

Nghiên cứu trong nước
a. Nghiên cứu dịng thấm khơng ổn định trong bờ sơng vùng chịu ảnh

hưởng triều [05]
Tác giả: Huỳnh Thanh Sơn (ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh)
Bài báo này tác giả trình bày nghiên cứu về dịng thấm khơng ổn định trong bờ
 2 h S h
sông vùng chịu ảnh hưởng triều với phương trình 1D có dạng: 2 
, thơng qua
x
T t

việc so sánh kết quả đo đạc thực tế (sự thay đổi cột nước đo áp theo không gian và thời
Chương 1: Tổng quan


- 10 gian) được thực hiện tại một vị trí sát bờ sơng Hậu ở xã Bình Đức, TP. Long Xun và
mơ hình tính tốn (theo các phương pháp giải tích và sai phân hữu hạn).
Từ các kết quả, phương pháp sai phân hữu hạn cho kết quả sát với thực tế đo

đạc, cịn trong phương pháp giải tích do điều kiện biên sơng chỉ là hàm hình sin mơ
phỏng, sai biệt khá nhiều so với mực nước sông theo chế độ bán nhật triều không đều
trong thực tế, do đó sử dụng kết quả của mơ hình giải theo phương pháp sai phân hữu
hạn làm cơ sở nghiên cứu sự ổn định bờ sông theo thời gian trong tương lai.
b. Nghiên cứu ứng dụng và xây dựng giao diện cho một mơ hình tính tốn
sạt lở bờ sơng [06]
Tác giả: Huỳnh Thanh Sơn – Lê Ngọc Khánh Nguyên (ĐH Bách Khoa TP. Hồ
Chí Minh)
Trong bài báo này tác giả trình bày mơ hình BSTE áp dụng vào việc phân tích
bài tốn sạt lở bờ sơng trên cơ sở tính ổn định mái dốc có xét đến ảnh hưởng của dịng
chảy, thực vật và một số cơng trình gia cố bờ. Mơ hình này áp dụng tại vị trí bị sạt lở
trên bờ sơng Hậu tại xã Bình Đức, TP. Long Xun, từ đó tìm ra hệ số FS để đánh giá
sự ổn định của bờ sơng.
Mơ hình BSTE có ưu điểm là ngồi việc tính ổn định theo kiểu trượt phẳng
thơng thường, mơ hình cịn cho phép tính trượt theo kiểu trượt hàm ếch, đồng thời có
kể thêm sự xói lở chân bờ do dịng chảy gây ra cũng như tác động của dịng thấm trong
bờ.
c. Phương pháp tính toán dự đoán vùng thấm nguy hiểm trên mái đập đất
chịu ảnh hưởng của thủy triều [07]
Tác giả: Lê Văn Dực (ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh)
Bài báo này nêu lên việc xác định vùng tam giác thấm nguy hiểm gây xói lở
mái đập dưới tác động của thủy triều. Tác giả đưa ra phương trình liên tục và các giả
thiết truyền dao động thấm để xác định vùng tam giác thấm nguy hiểm. Dùng phương
pháp giải tích và phương pháp sai phân hữu hạn được lập trình trên EXCEL, tính tốn
và đưa ra kết quả mơ phỏng.
Chương 1: Tổng quan