Đồ án Phân tích diễn biến hạ lưu sông Hồng và giải pháp chỉnh trị sông đoạn qua bãi Lam Sơn – thị xã Hưng Yên

lòng. 1.3. Xác định lưu lượng tạo lòng bằng phương pháp Makaveep cho đoạn sông từ Hà Nội đến Hưng Yên: Đoạn từ Hà Nội đến Hưng Yên chịu ảnh hưởng trực tiếp của sông Hồng, nên sự thay đổi của chế độ dòng chảy trên sông Hồng sẽ ảnh hưởng 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 lưu sông Hồng. Do đó việc xác định lưu lượng tạo lòng sông đoạn từ Hà Nội đến Hưng Yên được chia làm hai giai đoạn: - Giai đoạn trước khi có hồ Hoà Bình (từ năm 1985 trở về trước) - Giai đoạn sau khi có Hồ Hoà Bình (từ năm 1986 đến nay) *Tài liệu tính toán bao gồm: Các đặc trưng Trạm Hà Nội (năm) Trạm Hưng Yên (năm) Lưu lượng bq ngày Q(m3/s) 1956 - 2004 - Mực nước bq ngày H (cm) 1961 - 2005 1956 - 2003 Độ đục bq tháng, năm (g/m3) 1957 - 2005 - Lưu lượng bc bq năm R (kg/s) 1956 - 2005 - 1.4. Các bước tính toán: 1.4.1. Thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình: Bước 1 : Chọn năm điển hình: Từ tài liệu lưu lượng bình quân ngày Qngày (1956-1985) và độ đục bình quân tháng, năm năm (1957-1985) ta xác định các đặc trưng sau: Độ đục bình quân nhiều năm nn=584 g/m3 Lưu lượng nước bình quân nhiều năm =2.721 m3/s Chọn năm điển hình là năm có lưu lượng nước bình quân năm và độ đục bình quân năm gần với lưu lượng nước và độ đục bình quân nhiều năm. Từ chỉ tiêu chọn năm điển hình ta thấy năm 1982 có: +Qnăm= 2.742 m3/s sai lệch so với là 21 m3/s + năm = 482 g/m3 sai lệch so với nn là 102 g/m3 Vậy ta chọn năm 1982 là năm điển hình. Bước 2 : Xây dựng quan hệ Q~J. Từ tài liệu mực nước bình quân ngày trạm Hà Nội và trạm Hưng Yên (chọn số liệu của các năm từ năm1981-1984) ta tính độ dốc theo công thức :  J = ( với LHưng 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 Hưng Yên thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình (số liệu năm 1980 – 1984) Năm Tháng Mực nước bq tháng (cm) J *10-5 Lưu lượng BQ tháng Q (m3/s) Trạm Hà Nội Trạm Hưng 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 1984 1 402,1 155,00 4,11824 1380,0 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 đường quan hệ Q~J, ta có phương trình tương quan: J = 1,2602*Ln(Q) – 5,3885 Bước 3 : Phân cấp đường quá trình lưu lượng ( Q ~ t) của năm điển hình 1982 Do lưu lượng trên sông Hồng có sự chênh lệch lớn giữa mùa kiệt và mùa lũ, nên ta phân cấp ( Q ~t ) làm 40 cấp. Bảng 2.2: Bảng tính toán lưu lượng tạo lòng trạm Hà Nội thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình (40 cấp) Cấp Qc Số lần xh (ngày) 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 đường quan hệ Q~PJQm với m = 2, ứng với 40 cấp. Từ đường quan hệ Q~PJQm ta có kết quả sau: Qtlmax1 5.037 m3/s Qtlmax2 5.830 m3/s Qtlmax3 8200 m3/s Bước 4: Kiểm tra kết quả tính toán theo phương pháp kinh nghiệm: Để kiểm tra kết quả tính lưu lượng toạ lòng theo phương pháp Makaveep có chính xác hay không ta tính lưu lượng tạo lòng theo phương pháp đường tần suất (theo phương pháp kinh nghiệm). Lấy số liệu lưu lượng màu lũ năm điển hình thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình (năm 1982) và vẽ đường tần suất lưu lượng mùa lũ, ta có kết quả sau: P (%) Qtl (m3/s) 5% 9.000 10% 7.800 Sau khi so sánh hai phương pháp, ta chọn lưu lượng tạo lòng thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình là QTL = 8.200 (m3/s). 1.4.2. Thời kỳ sau khi có hồ Hoà Bình: Bước 1 : Chọn năm điển hình: Từ tài liệu lưu lượng bình quân ngày trạm Hà Nội Qngày (1986-2004) và độ đục bình quân tháng, năm trạm Hà Nội năm (1986-2005) ta xác định các đặc trưng sau: Độ đục bình quân nhiều năm nn=449 g/m3 Lưu lượng nước bình quân nhiều năm =2.543 m3/s Chọn năm điển hình là năm có lưu lượng nước bình quân năm và độ đục bình quân năm gần với lưu lượng nước và độ đục bình quân nhiều năm. Từ chỉ tiêu chọn năm điển hình ta thấy năm 1998 có: +Qnăm= 2.476 m3/s sai lệch so với là 76 m3/s + năm = 346 g/m3 sai lệch so với nn là 103 g/m3 Vậy ta chọn năm 1998 là năm điển hình. Bước 2 : Xây dựng quan hệ Q~J. Từ tài liệu mực nước bình quân ngày trạm Hà Nội và trạm Hưng Yên (chọn số liệu của các năm từ năm1996-2000) ta tính độ dốc theo công thức :  J = ( với LHưng Yên – Hà Nội = 60 km) Từ công thức trên ta có bảng tính toán độ dốc sau: Bảng 2.3: Bảng tính toán độ dốc giữa trạm Hà Nội và trạm Hưng Yên thời kỳ saukhi có hồ Hoà Bình (số liệu năm 1996 – 2000) Năm Tháng Mực nước bq tháng (cm) J *10--5 Lưu lượng BQ tháng Q (m3/s) Trạm Hà Nội Trạm Hưng Yên 1996 1 278,0 110,0 2,79926 1050,0 2 268,3 103,0 2,75471 997,0 3 297,5 120,0 2,95889 1220,0 4 375,1 169,0 3,43533 1570,0 5 485,4 232,0 4,22287 2380,0 6 610,0 332,0 4,63314 3560,0 7 876,0 539,0 5,61667 6890,0 8 991,5 616,0 6,25824 8830,0 9 694,2 400,0 4,90362 3780,0 10 540,5 285,0 4,25889 2630,0 11 533,7 290,0 4,06171 2740,0 12 349,4 150,0 3,32333 1270,0 1997 1 324,6 127,0 3,29278 1150,0 2 319,5 122,0 3,29121 1120,0 3 358,6 145,0 3,55944 1390,0 4 490,0 238,0 4,19943 2380,0 5 428,3 198,0 3,83880 1880,0 6 405,3 192,0 3,55552 1770,0 7 876,0 526,0 5,83333 7450,0 8 848,5 510,0 5,64222 6120,0 9 694,2 399,0 4,91990 4260,0 10 667,8 383,0 4,74639 4130,0 11 403,1 189,0 3,56781 1690,0 12 349,2 149,0 3,33667 1230,0 1998 1 310,9 119,0 3,19778 984,0 2 299,3 110,0 3,15485 978,0 3 294,5 109,0 3,09120 948,0 4 361,2 144,0 3,62067 1340,0 5 355,0 150,0 3,41602 1310,0 6 568,8 302,0 4,44610 3590,0 7 969,4 593,0 6,27269 8910,0 8 789,7 462,0 5,46176 5280,0 9 505,5 262,0 4,05848 2690,0 10 349,5 160,0 3,15852 1500,0 11 304,2 136,0 2,80333 1190,0 12 248,4 104,0 2,40731 828,0 1999 1 250,0 96,0 2,56667 837,0 2 232,0 84,0 2,46667 730,0 3 255,0 97,0 2,63333 871,0 4 300,0 121,0 2,98333 1160,0 5 391,0 183,0 3,46667 1860,0 6 592,0 326,0 4,43333 3700,0 7 831,0 501,0 5,50000 6590,0 8 764,0 450,0 5,23333 5520,0 9 745,0 441,0 5,06667 5390,0 10 504,0 272,0 3,86667 2810,0 11 559,0 317,0 4,03333 3300,0 12 348,0 166,0 3,03333 1490,0 2000 1 301,0 127,0 2,90000 1180,0 2 286,0 118,0 2,80000 1090,0 3 302,0 123,0 2,98333 1190,0 4 320,0 138,0 3,03333 1300,0 5 390,0 181,0 3,48333 1700,0 6 560,0 300,0 4,33333 3220,0 7 763,0 450,0 5,21667 5790,0 8 732,0 432,0 5,00000 4900,0 9 483,0 252,0 3,85000 2360,0 10 521,0 283,0 3,96667 2690,0 11 352,0 167,0 3,08333 1380,0 12 298,0 131,0 2,78333 1050,0 Từ đường quan hệ Q~J, ta có phương trình tương quan: J = 1,4238*Ln(Q) – 7,019 Bước 3 : Phân cấp đường quá trình lưu lượng ( Q ~ t) của năm điển hình 1982 Tương tự như thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình, ta phân cấp ( Q ~t ) làm 40 cấp. Bảng 2.4: Bảng tính toán lưu lượng tạo lòng trạm Hà Nội thời kỳ sau khi có hồ Hoà Bình (40 cấp) Cấp Qc Số lần xh (ngày) Qc tb J(*10-5) P (%) P*J*Qm 1 680,00 65 822,75 2,54 0,1781 306.005,39 2 965,50 97 1.108,25 2,96 0,2658 967.003,05 3 1.251,00 58 1.393,75 3,29 0,1589 1.015.227,96 4 1.536,50 26 1.679,25 3,55 0,0712 713.942,81 5 1.822,00 12 1.964,75 3,78 0,0329 479.454,39 6 2.107,50 7 2.250,25 3,97 0,0192 385.628,46 7 2.393,00 10 2.535,75 4,14 0,0274 729.516,25 8 2.678,50 7 2.821,25 4,29 0,0192 655.313,48 9 2.964,00 6 3.106,75 4,43 0,0164 702.909,07 10 3.249,50 10 3.392,25 4,56 0,0274 1.436.189,25 11 3.535,00 3 3.677,75 4,67 0,0082 519.223,29 12 3.820,50 3 3.963,25 4,78 0,0082 616.708,40 13 4.106,00 3 4.248,75 4,88 0,0082 723.454,88 14 4.391,50 2 4.534,25 4,97 0,0055 559.730,35 15 4.677,00 3 4.819,75 5,06 0,0082 965.254,51 16 4.962,50 2 5.105,25 5,14 0,0055 733.698,93 17 5.248,00 2 5.390,75 5,21 0,0055 830.391,35 18 5.533,50 6 5.676,25 5,29 0,0164 2.800.948,49 19 5.819,00 4 5.961,75 5,36 0,0110 2.087.078,09 20 6.104,50 4 6.247,25 5,42 0,0110 2.320.244,87 21 6.390,00 2 6.532,75 5,49 0,0055 1.283.459,17 22 6.675,50 2 6.818,25 5,55 0,0055 1.413.606,12 23 6.961,00 1 7.103,75 5,61 0,0027 775.308,84 24 7.246,50 3 7.389,25 5,66 0,0082 2.541.819,09 25 7.532,00 1 7.674,75 5,72 0,0027 922.720,68 26 7.817,50 2 7.960,25 5,77 0,0055 2.003.351,84 27 8.103,00 2 8.245,75 5,82 0,0055 2.168.323,93 28 8.388,50 0 8.531,25 5,87 - - 29 8.674,00 3 8.816,75 5,92 0,0082 3.779.446,16 30 8.959,50 2 9.102,25 5,96 0,0055 2.706.050,69 31 9.245,00 2 9.387,75 6,00 0,0055 2.899.702,76 32 9.530,50 2 9.673,25 6,05 0,0055 3.100.626,28 33 9.816,00 0 9.958,75 6,09 - - 34 10.101,50 1 10.244,25 6,13 0,0027 1.762.219,49 35 10.387,00 4 10.529,75 6,17 0,0110 7.494.802,23 36 10.672,50 2 10.815,25 6,21 0,0055 3.977.780,71 37 10.958,00 0 11.100,75 6,24 - - 38 11.243,50 2 11.386,25 6,28 0,0055 4.460.927,55 39 11.529,00 2 11.671,75 6,31 0,0055 4.713.760,23 40 11.814,50 2 11.957,25 6,35 0,0055 4.974.141,35 41 12.100,00 365 Từ bảng 2.4 ta vẽ đường quan hệ Q~PJQm với m = 2, ứng với 40 cấp. Từ đường quan hệ Q~PJQm ta có kết quả sau: Qtlmax1 10.400 m3/s Qtlmax2 8.700 m3/s Bước 4: Kiểm tra kết quả tính toán theo phương pháp kinh nghiệm: Tương tự như trên, ta lấy số liệu lưu lượng màu lũ năm điển hình thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình (năm 1998) và vẽ đường tần suất lưu lượng mùa lũ, ta có kết quả sau: P (%) Qtl (m3/s) 5% 10.600 10% 8.500 Sau khi so sánh hai phương pháp, ta chọn lưu lượng tạo lòng thời kỳ trước khi có hồ Hoà Bình là QTL = 8.700 (m3/s). Qua kết quả tính toán QTL tại trạm Hà Nội trước khi có hồ Hoà Bình nhỏ hơn QTL sau khi có hồ Hoà Bình vì khi hồ Hoà Bình đi vào hoạt động thì thời gian lên, xuống của một con lũ được kéo dài hơn do đó thời gian duy trì lưu lượng nước lũ được kéo dài và dòng chảy tương đối lớn xuất hiện nhiều lần trong năm, biểu hiện của quá trình điều tiết này là : lưu lượng dòng chảy kiệt tăng, cường suất lũ giảm thể hiện qua quan hệ Q~t có dạng bẹt hơn khi chưa có hồ, biên độ dao động của các trị số Qmax và Qmin nhỏ trong khi đó thì Qmaxvà Qmin biến thiên rất lớn khi chưa có hồ. Như vậy kết quả tính toán cho QTLs > QTLt là phù hợp với tình hình thực tế hiện nay diễn ra trên sông Hồng tại trạm Hà Nội. Vậy lưu lượng tạo lòng tại trạm Hà Nội là QTL = 8.700 (m3/s). 1.4.3. Tính lưu lượng tạo lòng tại trạm Hưng Yên: Do ở trạm Hưng Yên không có số liệu đo lưu lượng nên ta giả sử lưu lượng biến đổi tuyến tính với diện tích lưu vực, từ đó ta tính ra lưu lượng tại trạm Hưng Yên như sau: Trong đó: Qhn: Lưu lượng tại trạm Hà Nội Qhy: Lưu lượng tại trạm Hưng Yên Shn: Diện tích lưu vực tính đến trạm Hà Nội Shy: Diện tích lưu vực tính đến trạm Hưng Yên Diện tích lưu vực sông Hồng tính đến trạm Hà Nội là: SHN = 143.800 km2; tính đến trạm Hưng Yên là SHY = 147.400 km2. Theo công thức trên ta tính lưu lượng tạo lòng tại trạm Hưng Yên như sau: QTL Hưng Yên =8.920 (m3/s) Khu vực đoạn sông nghiên cứu nằm cách trạm Hưng Yên 15km về phía thượng lưu nên ta có thể lấy: QTL Lam Sơn = 8.900 (m3/s) II.2. Đánh giá sự ổn định của đoạn sông nghiên cứu. Trong quá trình nghiên cứu sự diễn biến dòng sông một cách tổng quát nhất, chưa cần chi tiết, ta có thể dựa vào các chỉ tiêu ổn định lòng sông để đánh giá sự ổn định của dòng sông. Như vậy khi đánh giá độ ổn định của lòng sông, thì các chỉ tiêu ổn định của lòng sông cũng được xem như một phương trình hình thái cơ bản trong khi nghiên cứu biến hình lòng sông. Các chỉ tiêu ổn định lòng sông giúp ta nhìn nhận và đánh giá lòng sông được tổng quát. Đồng thời từ kết quả đó cho ta một cách tương đối cụ thể xem đoạn sông nghiên cứu có ổn định hay không, để có thể khái quát được sơ bộ tính chất của đoạn sông trong thời đoạn hiện tại và dự kiến sự biến hình của đoạn sông trong tương lai. Để đánh giá sự ổn định lòng sông đoạn qua bãi Lam Sơn, ta xét ba chỉ tiêu cơ bản sau: - Chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc sông. - Chỉ tiêu ổn định theo chiều ngang sông. - Chỉ tiêu bán kính cong ổn định. 2.1. Tính chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc sông: V.M Lốt- Chin là người đầu tiên đã đưa ra chỉ tiêu ổn định lòng sông theo chiều dọc sông. Theo Lốt- Chin sự ổn định của lòng sông quyết định bởi tỷ số giữa sức cản của bùn cát chống lại sự chuyển động với áp lực thuỷ động theo chiều dòng chảy tác dụng lên bùn cát. Sức cản của bùn cát biểu thị bằng công thức : ( 2.1 ) Trong đó : : Khối lượng riêng của bùn cát và nước; : Hệ số ma sát; :Đường kính của hạt cát áp lực thuỷ động dòng nước tỷ lệ với bình phương tốc độ và đường kính hạt cát : ( 2.2 ) Trong đó : : Hệ số sức cản; : Lưu tốc; : áp lực thuỷ động; : Diện tích của hạt cát. Hệ số ổn định của lòng sông là : ( 2.3 ) Lốt- Chin đã bỏ qua các hằng số và cho lưu tốc tỷ lệ thuận với độ dốc J. Do đó công thức của Lốt- Chin như sau : ( 2.4 ) Trong đó : : Đường kính hạt bùn cát lơ lửng ( mm) : Độ dốc mặt nước ( mm/m hoặc mm/km) Tuy nhiên nhược điểm của công thức này đó là đã không xét đến sự khác nhau giữa lưu tốc bình quân của dòng nước và lưu tốc đáy sông. Để khắc phục nhược điểm này, Makaveep đưa ra chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc lòng sông có dạng: (2.5) Trong đó : : Đường kính hạt cát lơ lửng (mm) : Độ dốc mặt nước ứng với lưu lượng tạo lòng. : Chiều sâu mặt nước bình quân ứng với lưu lượng tạo lòng (mm) Trong hai chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc sông thì chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc của Makavêép phù hợp với điều kiện sông ngòi của Việt Nam. Do vậy để tính chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc cho các đoạn sông ở khu vực nghiên cứu trên lưu vực Sông Hồng ta dùng chỉ tiêu ổn định của Makaveep: Trên cơ sở kết quả tính toán lưu lượng, mực nước tạo lòng và bình đồ khu vực đo đạc ta tính được các chỉ tiêu ổn định tại các mặt cắt cơ bản trên sông Hồng đoạn từ Hà Nội đến Hưng Yên. Để tính toán mực nước tạo lòng tại bãi Lam Sơn ta xây dựng quan hệ Q~H, sau đó từ quan hệ Q~H tra ra lưu lượng tạo lòng. Do tại trạm Hưng Yên không đo lưu lượng Q nên ta tính toán chỉ tiêu trên tại trạm Hà Nội và áp dụng công thức kinh nghiệm để tính ra mực nước tạo lòng tại trạm Hưng Yên. Mực nước tạo lòng tại Hưng Yên được tính theo công thức : HTLLam Sơn = HTLHưng Yên + JTL*LLam Sơn – Hưng Yên (*) Ta có : LLam Sơn – Hưng Yên = 15 km *Xác định JTL: Từ quan hệ Q~J thời kỳ sau khi có hồ Hoà Bình trạm Hà Nội (hình 2.3), ta có phương trình quan hệ: J = 1,4238*Ln(Q) – 7,019 Với QTL = 8.700 m3/s ta tra được JTL = 0.59*10-4 *Xác định HTLHưng Yên: Ta xây dựng quan hệ Q~H tại trạm Hưng Yên từ số liệu bình quân ngày: Từ đường quan hệ Q~H ta có phương trình tương quan: H = 0.6185*Q0.7681 (cm) Với QTLHưng Yên = 8.920 m3/s, thay vào phương trình trên ta được: HTLHưng Yên = 670 cm Thay các giá trị LLam Sơn – Hưng Yên, JTL, HTLHưng Yên vào phương trình (*) ta được : HTLLam Sơn = 680 (cm) *Xác định chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc cho đoạn sông Hồng qua bãi Lam Sơn: Công thức Makaveep : (2.5) Trong đó : : Đường kính hạt cát lơ lửng (mm) : Độ dốc mặt nước ứng với lưu lượng tạo lòng. : Chiều sâu mặt nước bình quân ứng với lưu lượng tạo lòng (mm) Ta có : d = 0.14mm (theo tài liệu khảo sát địa chất của Trung tâm tư vấn kỹ thuật và đê điều) ; JTL = 0.59*10-4 ; HTL = 680 cm = 6800 mm. Thay vào công thức (2.5) ta được : jh’ = 0.35 2.2. Chỉ tiêu ổn định theo chiều ngang: Khả năng chống lại sự xói lở của địa chất hai bên bờ sông đối với dòng nước là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng rất mạnh đến sự ổn định theo chiều ngang của dòng sông. Cho đến nay hầu hết các công thức được xây dựng đều căn cứ vào tài liệu nghiên cứu đo đặc của các đoạn sông. Đối với sông ngòi ở Việt Nam thì việc xác định chỉ tiêu ổn định theo chiều ngang thường sử dụng công thức của Antunin: (2.6) Trong đó : jb : Hệ số ổn định theo chiều ngang sông, nó thay đổi từ 0.5 đến 1.7 theo các đoạn sông từ vùng núi đến đồng bằng; : Chiều rộng lòng sông ứng với lưu lượng tạo lòng (m) : Độ dốc mặt nước ứng với lưu lượng tạo lòng : Lưu lượng tạo lòng (m3/s). Hệ số càng nhỏ thì độ ổn định của bờ sông càng lớn và ngược lại. Sử dụng công thức (2.6) để tính toán ổn định theo chiều ngang đoạn sông Hồng qua bãi Lam Sơn, ta có: QTL = 8.900 m3/s; JTL = 0.59*10-4. Riêng đối với trị số chiều rộng lòng sông (B) ứng với QTL do tài liệu bình đồ thu thập được không đầy đủ nên không thể tính toán chiều rộng B tương ứng cho các mặt cắt nên trong đồ án này chỉ sử dụng tài liệu về trị số B do Trung tâm tư vấn kỹ thuật về đê điều đã xác định; với chiều rộng trung bình theo xử lý từ tài liệu thực tế các mặt cắt ngang đo đạc thì có BTL = 800 m; BTB = 720 m. Thay các giá trị B, QTL, JTL vào công thức (2.6) ta được hệ số ổn định theo chiều ngang của đoạn sông qua bãi Lam Sơn là: jb= 1.2 2.3. Chỉ tiêu bán kính cong ổn định: Chỉnh trị đoạn sông thường yêu cầu uốn nắn cho lòng sông có hình thức cong xuôi thuận, vì thế đối với đoạn sông cong thường phải xác định bán kính cong để làm căn cứ thiết kế. Phương pháp thích hợp nhất là chọn đoạn sông điển hình trên đoạn sông cần chỉnh trị, có độ cong xuôi thuận để làm căn cứ chỉnh trị. * Đoạn sông cong gọi là xuôi thuận nếu: - Bán kính cong tương đối lớn. - Lòng sông có quy củ. - Nước chảy xuôi thuận. - Bờ lõm không xói lở kịch liệt, đoạn vực sâu tương đối dài. Chiều sâu của dòng nước ở đoạn quá độ tương đố lớn. Chiều dài đoạn quá độ tương đối ngắn. Các công thức tính bán kính cong: * Công thức Antunin R1= (7-8)B R2= (5-6)B R3= 3.5B Trong đó: R1 là bán kính cong ở sát đoạn quá độ R2 là bán kính cong đoạn ở giữa đỉnh cong và đoạn quá độ R3 bán kính cong ở đỉnh cong B chiều rộng của sông * Công thức Lipôlai Rc= 40 Trong đó: Rc bán kính cong F diện tích mặt ngang của sông Nhà khoa học này cho rằng bán kính cong vượt quá 40 lần căn bậc hai của diện tích mặt cắt thì sông sẽ mất qui luật. Công thức này khác với công thức trên có xét đến chiều rộng và chiều sâu ảnh hưởng đến bán kính cong. * Công thức Lapsin Rc= 100/ j2 Trong đó: Rc : Bán kính cong Q : Lưu lượng j : Góc trung tâm của đoạn sông cong Trong công thức này bán kính cong tỷ lệ thuận với với căn bậc hai của lưu lượng Q và tỷ lệ nghịch với góc trung tâm j * Công thức Makavêép Rc= 0.004.Q0.5/J Trong đó: Rc bán kính cong Q lưu lượng J độ dốc Trong công thức này Rc tỷ lệ nghịch với độ dốc nhưng có người cho rằng Rc tỷ lệ thuận với độ dốc lên công thức này cần phải nghiên cứu thêm. * Vêlikanốp cho công thức của Makavêép không thoả mãn về thứ nguyên và đề nghị công thức sau: Rc= (K )/J Trong đó: K là hằng số *Qua các công thức nêu trên ta chọn phương pháp tính theo công thức Antunin. R1= (7-8)B R2= (5-6)B R3= 3.5B Trong đó: R1 là bán kính cong ở sát đoạn quá độ R2 là bán kính cong đoạn ở giữa đỉnh cong và đoạn quá độ R3 bán kính cong ở đỉnh cong Sử dụng công thức Antumin để tính toán bán kính cong cho đoạn sông Lam Sơn (với BTB = 720m), ta có: Bán kính cong ở đỉnh cong: R3 = 3.5*BTB = 3.5*720 = 2520 (m) 2.4. Đánh giá chung: Xét chỉ tiêu ổn định thì đối với sông đồng bằng ổn định có jh = 0.27 – 0.43; jb = 1.1 – 1.7 và bán kính cong ổn định Rôđ = 4000m. Kết quả tính toán các chỉ tiêu ổn định đoạn sông khu vực bãi Lam Sơn cho thấy bãi sông ở đây không ổn định còn có nguyên nhân là bán kính cong quá nhỏ so với bán kính cong ổn định. Kết hợp với những phân tích về nguyên nhân gây xói lở đã trình bày ở phần trước ta thấy rằng những biến động dòng chảy và lòng dẫn đoạn sông Quang Lãng – Phú Hùng Cường phía thượng lưu đã ảnh hưởng dây chuyền đến lòng dẫn và dòng chảy đoạn sông Phú Hùng Cường – Lam Sơn. Đoạn sông Lam Sơn thuộc đoạn sông cong lớn với đỉnh cong nằm ở giữa khu vực bãi Lam Sơn. Phía đối diện với bãi Lam Sơn là bờ phải phía Hà Nam hình thành bãi bồi và càng phát triển rộng, nâng cao trong những năm gần đây nên dòng chủ lưu càng bị ép sát phía bờ tả gây sạt lở và làm mất ổn định khu vực Lam Sơn. 2.4.1. Biến đổi theo mặt cắt ngang: Theo kết quả tính toán thì hệ số biến đổi theo chiều ngang đoạn sông khu vực Lam Sơn tương đối lớn (jb = 1.2) chứng tỏ lòng sông khu vực này đang mất ổn định, dòng sông đang có xu thế xói lở bờ để mở rộng lòng dẫn. Thực tế cho thấy khu vực mỏ hàn Phú Hùng Cường từ mỏ hàn số 7 đến điểm đối diện với làng Tứ Đài thuộc Hà Nam thì tốc độ xói lở trung bình hàng năm khoảng 50m/năm. 2.4.2. Biến đổi theo mặt căt dọc: Theo kết quả tính toán thì hệ số biến đổi theo chiều dọc đoạn sông khu vực Lam Sơn là tương đối lớn (jh’ = 0.35). Thực tế cho thấy bãi sông phía Hà Nam tiếp tục được bồi và mở rộng, tương ứng thì lòng sông càng ngày càng được mở rộng về phía Hưng Yên. Do vậy bãi phía Hưng Yên cụ thể là bãi Lam Sơn ngày càng xói lở mạnh, đoạn sông tiếp tục cong thêm, đỉnh cong dịch chuyển dần về phía hạ lưu; dòng chủ lưu đi sát bãi Lam Sơn, các hố xói có xu hướng dịch chuyển dần về hạ lưu. Chương III Đề xuất giải pháp chỉnh trị sông và thiết kế sơ bộ phương án đã chọn cho đoạn sông nghiên cứu Để xác định các giải pháp chỉnh trị sông một cách đúng đắn thì trước hết phải nghiên cứu đầy đủ đặc điểm, diễn biến của dòng sông cũng như yêu cầu của ngành kinh tế đối với dòng sông. Đặc biệt là đối với những đoạn sông cong, bởi vì sông cong gấp khúc có những đặc tính riêng về thuỷ lực và bùn cát do đó có diễn biến phức tạp như: độ sâu hướng ngang, dòng chảy vòng, sự mất cân bằng bùn cát theo hướng ngang… Gây nhiều trở ngại cho giao thông cũng như công trình ven bờ. Đồng thời dòng chảy ở đoạn sông cong không xuôi thuận, gây xói lở nghiêm trọng uy hiếp đến sự an toàn của dân bên bờ lõm. Sau khi công trình đập mỏ hàn và kè được xây dựng bên bờ lõm để bảo vệ bờ. Bên cạnh đó hình thành các bãi bồi giữa sông làm co hẹp dòng nước chính bên phía bờ lõm, gây nhiều trở ngại cho tàu qua lại. Do đó để khắc phục được những nhược điểm của dòng sông ta cần xác định giải pháp chỉnh trị chủ yếu theo 2 mặt: - Đối với đoạn sông cong vừa hoặc thẳng chủ lưu ép sát bờ: giữ nguyên trạng thái hiện tại, ngăn chặn không cho dòng sông phát triển theo hướng bất lợi. Biện pháp chủ yếu ở đây là công trình hộ bờ, đề phòng sự phát triển theo hướng xấu của đoạn sông. - Đối với đoạn sông ở trạng thái cong gấp: Thay đổi hiện trạng hiện tại để sông phát triển theo hướng có lợi. Biện pháp chỉnh trị ở đây là cắt dòng tạo ra dòng xuôi thuận. Đối với đoạn sông Hồng qua bãi Lam Sơn, thì hiện trạng đang có hiện tượng xói lở mạnh ở bờ tả do những nguyên nhân đã nêu ở trên thì việc xây dựng công trình chỉnh trị là vấn đề đặt ra rất cấp bách. Vì thế mục đích của đề tài là nghiên cứu diễn biến đoạn sông này để đưa ra giải pháp chỉnh trị hợp lý để khắc phục hiện tượng xói lở ở bờ tả đoạn sông nghiên cứu. I. Khái quát các giải pháp chỉnh trị. 1.1. Khái quát về kè lát mái: Dòng chảy trong sông thiên nhiên nhiều khi hướng thẳng vào bờ, gây ra xói lở. Sẽ nghiêm trọng hơn nếu sông có cấu tạo địa chất không vững chắc. Đất sẽ bị sạt lở và bị dòng nước cuốn trôi gây ra bồi lắng lòng sông. Kè lát mái là công trình bảo vệ bờ được sử dụng khá rộng rãi, nhất là ở những vùng đồng bằng. Công trình này thường được bảo vệ bằng các vật liệu bền vững, chống xói tốt để giữ cho đất không bị xói trôi, có thể làm bằng đá xây khan, đá chít mạch, bê tông, tuỳ theo địa hình của bờ ở dưới mực nước kiệt mà có biện pháp bảo vệ chân kè sao cho có hiệu quả nhất. 1.2. Công trình giảm nhẹ tác động của dòng chảy Công trình được sử dụng thường là các đập mỏ hàn ngắn với vật liệu là đá đổ thân đập và đá lát khan ở mặt ngoài... Công trình này rất cần thiết đối với việc giảm nhẹ tác động của dòng chảy vào bờ. 1.3. Công trình đập hướng dòng Đập hướng dòng thường được dùng khi vùng xói không quá dài, có tính chất bảo vệ trực tiếp, chi phí cho loại công trình này là lớn. Để xây dựng cần có vốn đầu tư cao. Tác dụng của công trình này là bó hẹp và lái dòng chảy theo hướng đã định. Loại đập hướng dòng thường được sử dụng phổ biến với vật liệu là đá đổ bên trong và lớp đá lát khan bảo vệ bên ngoài. II. Các thông số thiết kế. 2.1. Lưu lượng thiết kế: Sau khi lựa chọn mùa nước trung là mùa nước để chỉnh trị tiến hành xác định lưu lượng thiết kế. Lòng sông mùa nước trung được hình thành dưới tác động của lưu lượng tạo lòng do vậy việc xác định lưu lượng mùa nước trung chính là việc xác định lưu lượng tạo lòng. Như đã xác định được ở chương II lưu lượng tạo lòng tại khu vực nghiên cứu tính ra được là Q TL = 8900 (m3/s). Như vậy lưu lượng thiết kế được chọn là : QTK = QTL= 8900 m3/s 2.2. Mực nước thiết kế (HTK) và mực nước thi công (HTC) : Trong quá trình biến đổi nhiều năm thì mực nước luôn biến đổi vì mực nước phụ thuộc vào nhân tố địa hình, lòng dẫn trong khi đó hàng năm lòng sông luôn bị xói bồi làm cho lòng dẫn bị nâng cao hoặc hạ thấp xuống vì vậy làm cho mực nước thiết kế sẽ biến đổi theo. Khi đã xác định được lưu lượng thiết kế thì mực nước ứng với lưu lượng tạo lòng sẽ là mực nước thiết kế.Theo kết quả tính toán ở chương II thì ta có: HTK = HTL = 680 (cm) Xác định mực nước thi công: Cao trình mực nước thi công theo quy định của Tiêu chuẩn ngành 14 TCN84-91 được lấy bằng mực nước kiệt bình quân nhiều năm ứng với tần suất p=95%. Thông thường lấy cao trình: HTC = HKBQNN + 0,5m (3.1) Từ số liệu mực nước trạm Hưng Yên , ta có bảng thống kê sau: Bảng 3.1: Bảng thống kê mực nước kiệt trung bình nhiều năm trạm Hưng Yên (1986 – 2003) Năm X XI XII I II III IV V TB mùa kiệt 1986 363 234 167 131 106 91 151 258 188 1987 350 251 174 144 122 100 100 126 171 1988 331 159 111 134 126 109 90 183 155 1989 327 206 143 101 94 105 114 164 157 1990 319 222 158 121 117 184 205 264 199 1991 286 220 149 123 113 110 115 131 156 1992 214 152 138 135 123 127 108 152 144 1993 230 184 141 116 126 122 130 180 154 1994 416 203 202 120 117 116 129 181 186 1995 276 209 152 134 123 132 133 142 163 1996 285 290 150 110 103 120 169 232 182 1997 383 189 149 127 122 145 238 198 194 1998 160 136 104 119 110 109 144 150 129 1999 272 317 166 96 84 97 121 183 167 2000 283 167 131 127 118 123 138 181 159 2001 234 265 142 108 104 127 129 200 164 2002 192 164 146 110 109 111 122 255 151 2003 192 132 110 157 117 124 126 178 142 TB 284 206 146 123 113 120 137 187 164 Từ bảng thống kê trên vẽ đường tần suất, lấy giá trị mực nước ứng với tần suất P=95% ta có: H95% = HBQKNN = 1,3 m. Đây cũng là mực nước kiệt thiết kế (HTK) Thay vào công thức (3.1) ta được: HTC = 1,3 + 0,5 = 1,8 (m) 2.3. Mặt cắt ngang thiết kế: Để xác định được mặt cắt ngang thiết kế ta cần phải xác định hình dạng mặt cắt và kích thước của mặt cắt lòng sông. Hình dạng của lòng sông được hình thành do tác dụng tương hỗ gữa dòng nước và lòng sông tuân theo quy luật là : mặt cắt ở đoạn sông cong có dạng không đối xứng còn đoạn ở mặt cắt chuyển tiếp là hình dạng parabol hoặc chữ nhật. Để tính kích thước mặt cắt ngang thiết kế ta phải thông qua tuyến chỉnh trị đã quy hoạch để xác định kích thước mặt cắt lòng sông sau đó để dòng nước thiên nhiên tạo ra mặt cắt lòng sông phù hợp. Theo Antunin, chiều rộng lòng sông tính theo công thức: B = A. Trong đó Q: Lưu lượng tạo lòng (m3/s) J :Độ dốc A : Hệ số + Đối với sông vùng núi: A = 0, 75-0, 90 + Đối với sông chân núi: A = 0, 9-1, 0 + Đối với sông trung du: A = 1, 0-1, 1 + Đối với sông hạ du: A = 1, 1-1, 7 Đối với sông Hồng đoạn qua bãi Lam Sơn ta chọn A=1,7. Ta tính được bề rộng mặt cắt ngang thiết kế ứng với lưu lượng thiết kế là: BTK = 1,7* 662 (m) III. lựa chọn giải pháp. Trong công tác quy hoạch chỉnh trị sông để có cơ sở lựa chọn giải pháp thiết kế công trình thì ta cần phải xác định các thông số thuỷ văn như: lưu lượng thiết kế, mực nước thiết kế của mùa nước lũ, mùa nước kiệt, mùa nước trung là rất cần thiết từ đây ta có thể xác định mặt cắt ngang lòng sông, tuyến chỉnh trị, vị trí và kết cấu công trình. Chọn mùa nước để đề ra các biện pháp chỉnh trị là một yêu cầu hết sức quan trọng có liên quan tới mục đích của chỉnh trị . *Trị sông mùa nước kiệt: Để đảm bảo cho giao thông thuỷ và các công trình lấy nước như trạm bơm cống lấy nước. Nhưng do dòng sông mùa nước kiệt gây trở ngại cho giao thông thuỷ, lấy nước không đáp ứng được do sự thay đổi lòng dẫn trong mùa nước trung và mùa nước lũ. Những biến động này ảnh hưởng trực tiếp tới mùa kiệt. Vì vậy muốn giả quyết vấn đề trên cần phải chỉnh trị dòng sông trong mùa nước trung và mùa nước lũ. Thực tiễn qua các công trình chỉnh trị phục vụ đường vận tải thuỷ chứng minh rằng: Sử dụng các biện pháp công trình làm thay đổi hàng chục cm chiều sâu trong mùa nước trung là một điều không khó, còn với mấy cm trong mùa nước kiệt thì cần phải một chi phí rất tốn kém. Ghềnh cạn bị bồi khi nước lên, xói khi nước rút vì vậy nếu điều chỉnh hướng chảy nước lũ và nước vừa để gần trùng với hướng chảy mùa kiệt, tăng chiều sâu trên ghềnh cạn. Sự tách dòng tại cửa lấy nước không đập trong mùa kiệt thướng có liên quan đến sự thay đổi của thế sông trong mùa nước lũ và mùa nước trung . Để đảm bảo lấy được nước trong mùa kiệt thì cần phải chỉnh trị dòng sông trong mùa nước lũ và mùa nước trung. Từ những vấn đề cụ thể đó mà trị sông mùa nước kiệt phụ thuộc chủ yếu vào trị sông mùa nước trung và mùa nước lũ do vậy dòng sông mùa nước lũ và mùa nước trung cần phải được chỉnh trị. *Trị sông mùa nước lũ: Để đáp ứng được yêu cầu phòng chống lũ như: Lòng sông có đủ diện tích mặt cắt để thoát hết nước lũ, đảm bảo cho sông ở vùng quan trọng không bị sạt lở bờ thì khi thiết kế công trình chỉnh trị phải căn cứ vào mực nước và lưu lượng lũ thiết kế. Trị sông mùa nước lũ là xác định hành lang an toàn thoát lũ . *Trị sông mùa nước trung: Đối với các nghành kinh tế trị sông mùa nước trung có tác dụng rất lớn.Việc làm xuôi thuận dòng nước và đường sông có tác dụng rất lớn đến sự ổn định của dòng chủ lưu và lòng sông . Việc trị sông mùa nước lũ và mùa nước kiệt có liên quan chặt chẽ với trị sông mùa nước trung . Trị sông mùa nước trung được giải quyết thì có thể khống chế được cả trị sông mùa nước lũ và mùa nước kiệt . Mặt khác tác dụng tạo lòng của dòng nước mạnh nhất vào thời kì nước tương đối lớn . Trị sông mùa nước trung không những khống chế được dòng nước thời kì này mà còn khống chế được toàn bộ diễn biến của lòng sông. Do vậy trị sông mùa nước trung có thể thu được một số lợi ích cơ bản đối với một số nghành kinh tế như: Giao thông vận tải thuỷ, cửa lấy nước, công trình giao thông qua sông, chống lũ lụt và thoát lũ. Đối với đoạn sông Hồng chảy qua bãi Lam Sơn ta giả pháp trị sông mùa nước trung để chỉnh trị. Vậy với tình hình thực tế diễn biến đoạn sông nghiên cứu và mức độ quan trọng của công tác chỉnh trị đoạn sông này với mục đích tránh xói lở, ta lựa chọn giải pháp công trình để chỉnh trị. IV. Xác định tuyến chỉnh trị Sau khi lựa chọn giải pháp chỉnh tị sông mùa nước trung, ta lấy các thông số thiết kế ứng với lưu lượng tạo lòng và mực nước tạo lòng để vạch tuyến chỉnh trị. Trong chỉnh trị sông, việc xác định tuyến chỉnh trị là rất quan trọng. Tuyến chỉnh trị có quan hệ mật thiết đến kích thước và khối lượng công trình, nó quyết định giá thành và hiệu quả của công trình. Dòng sông sau khi chỉnh trị, đường biên nước tương ứng với lưu lượng thiết kế là tuyến chỉnh trị của dòng sông. Nguyên tắc cơ bản để xác định tuyến chỉnh trị là dùng biện pháp khiến dòng chảy ven bờ theo tuyến chỉnh trị nhằm thoả mãn đầy đủ yêu cầu của các ngành kinh tế. Trên cơ sở xem xét các mục đích yêu cầu của việc chỉnh trị tại khu vực kết hợp với việc phân tích diễn biến lòng sông và yêu cầu của các nghành kinh tế, vì thế tuyến chỉnh trị phải là tuyến chỉnh trị ứng với lưu lượng và mực nước tạo lòng. Bởi vì nó sẽ khống chế được sự pháp triển của lòng sông vào mùa nước lũ và mùa nước kiệt. Việc xác định tuyến chỉnh trị có thể dựa vào phương pháp đoạn sông điển hình hoặc phương pháp kinh nghiệm. Sau đây nêu ra các phương pháp chỉnh trị đoạn sông thường được sử dụng. 4.1. Vạch tuyến chỉnh trị: Nội dung của xác định tuyến chỉnh trị là là xác định chiều rộng, chiều sâu và hình dạng mặt cắt lòng sông. Với các yêu cầu đặt ra cho tuyến chỉnh trị là : Đẩy chủ lưu ra khỏi vùng bị xói lở, tăng khả năng thoát lũ… Tuyến chỉnh trị được chọn làm sao phải lợi dụng được tổng hợp là cao nhất, tuyến chỉnh trị phải là tuyến sông tương đối ổn định, đảm bảo thoát lũ an toàn khi có lũ cũng như giao thông được thuận tiện và thoả mãn một số yêu cầu lợi dụng tổng hợp khác. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định loại hình tuyến chỉnh trị. Sau đây là một số phương pháp xác định loại hình tuyến chỉnh trị thường dùng: a. Phương pháp đường cong cosin: Từ lí thuyết và thực tế các tác giả cho rằng : Tuyến chỉnh trị nên có dạng đường cong cosin, đỉnh của đường cong có bán kính cong nhỏ nhất sau đó bán kính cong dần tăng lên đến đoạn quá độ thì đạt đến trị số vô cùng lớn. Đường cong của tuyến chỉnh trị được xác định theo công thức sau: Y = Yo .cos = Yo.cos. Từ công thức này ta giả thiết các giá trị Yo và Xo thì ta sẽ xác định được giá trị Y ứng với giá trị X và từ đó sẽ xác định được tuyến chỉnh trị. b. Phương pháp xác định theo bán kính cong của đoạn sông mẫu: Đoạn sông mẫu là đoạn sông thiên nhiên có điều kiện tương tự đoạn sông nghiên cứu, đường lạch sâu tương đối dài, đoạn quá độ ngắn hình thái đoạn sông tương đối ổn định. Trong phạm vi đồ án, ta sử dụng phương pháp kinh nghiệm để xác định tuyến chỉnh trị cho đoạn sông nghiên cứu. Cụ thể là dùng đường cung tròn phức hợp thay cho hình sin: R= K.B Trong đó: B: chiều rộng của đoạn sông thẳng K: hệ số (k= 4 đến 9) Kmin= 4 R bán kính cong Chọn K= 4 ta tính được Rmin = 4*662=2648 m Gọi l và S là chiều dài đoạn sông quá độ và khoảng cách giữa hai đỉnh cong khi đó l và S tính như sau: L = (2- 3)B = 2*662 = 1324 m S = (6- 7)B = 6*662 = 3972 m Mặt khác khi vạch tuyến chỉnh trị còn tuỳ thuộc vào sự lưa chọn loại công trình để vạch tuyến sao cho phù hợp. Ngoài ra, ta có thể dùng phương pháp kinh nghiệm khi xác định tuyến chỉnh trị: - Đưa ra đoạn sông trên và dưới có tính khống chế - Dựa vào công trình sẵn có. 4.2. Các thông số thiết kế công trình chỉnh trị: Lưu lượng thiết kế: QTK = QTL = 8900 m3/s Mực nước thiết kế HTK = HTL = 6,80 (m) Mực nước kiệt thiết kế: HKTK = 1,3 (m) Mực nước thi công: HTC = 1,8 (m) Lưu lượng lớn nhất Qmax = 26552 (m3/s) Mực nước lớn nhất Hmax = 9,60 (m) Lưu lượng nhỏ nhất Qmin = 417 (m3/s) Mực nước nhỏ nhất Hmin = 0,36 (m) Độ nhám lòng sông mùa lũ n=0,025 V. Các phương án chỉnh trị. Qua phân tích nguyên nhângây sạt lở nêu trên, cách bền vững nhất để bảo vệ khu vực này là cần phải tăng bán kính cong của đoạn sông là từ khoảng 2500m lên đến 4000m, đây là bán kính cong ổn định. Đồng thời với việc chống được hiện tượng mất hạt đất, cát nhỏ do dòng thấm ngược và sóng do các phương tiện giao thông thuỷ gây ra. Từ phân tích trên, đồ án này đề ra hai phương án chỉnh trị bảo vệ bờ khu vực này như sau: - Phương án 1: Tăng bán kính cong, đẩy dòng chủ lưu ra khỏi bờ bằng hệ thống mỏ hàn cứng hướng dòng kết hợp với kè lát mái bảo vệ gốc. - Phương án 2: Bảo vệ trực tiếp bằng kè lát mái, thả rồng hộ chân đê. 5.1. Phương án 1: Tăng bán kính cong, đẩy dòng chủ lưu ra khỏi bờ bằng hệ thống mỏ hàn cứng hướng dòng kết hợp với kè lát mái bảo vệ gốc. Các mỏ hàn trong hệ thống mỏ hàn đủ dài để tăng bán kính cong đoạn sông lên từ khoảng 2500m đến 4000m (Bán kính cong ổn định). * Ưu điểm: - Nổi bật của phương án này là đã khắc phục được nguyên nhân thực sự của xói lở bờ, đẩy dòng chủ lưu ra xa bờ, khi đó không còn thúc trực tiếp vào bãi Lam Sơn. Mặt cắt thoát lũ được mở rộng sang phía bãi Hà Nam để đạt tới mặt cắt thoát lũ ngang ổn định. Khi đó một phần bãi Hà Nam hiện nay sẽ bị mất đi. - Có tác dụng đẩy dòng chủ lưu ra xa bờ và làm giảm lưu tốc dòng chảy sát bờ. *Nhược điểm: - Để phát huy tác dụng của phương án này thì hệ thống đập mỏ hàn sẽ quá nhiều (từ 10 đến 20 mỏ hàn); mặt khác nếu hệ thống công trình không được hoàn thành cùng một lúc thì trong mùa lũ sẽ có thể phản tác dụng, gây sạt lở mạnh ở hạ lưu mỏ hàn (phần nằm ngoài vùng bảo vệ của mỏ hàn). - Làm co hẹp chiều rộng lòng sông ảnh hưởng đến việc thoát lũ. - Không chống được xói lở có nguyên nhân do dòng thấm ngược và sóng do tàu thuyền đi lại trên sông. - Vẫn phải lái mái bảo vệ gốc các mỏ hàn. - Khối lượng vật liệu và kinh phí để thực hiện hoàn tất hệ thống mỏ hàn là rất lớn nên về mặt kinh tế thì phương án này không có tính khả thi. 5.2. Phương án 2: Bảo vệ trực tiếp bằng kè lát mái, thả rồng hộ chân đê. * Ưu điểm: - Phương án này bảo vệ được bờ bằng việc lấp hố xói, thả rồng hộ chân đê có tác dụng ổn định tuyến bờ. Tầng lọc của kè ngăn chặn hiệu quả việc mất hạt đất, cát nhỏ do dòng thấm ngược và sóng do các phương tiện giao thông thuỷ gây ra. - Từng đoạn kè hoàn thành sẽ phát huy tác dụng bảo vệ bờ ngay mà không cần đợi đến lúc hoàn thành công trình. - Giữ được bờ ổn định, không làm thay đổi kết cấu dòng chảy và không ảnh hưởng đến bờ đối diện. - Phương án này đã được áp dụng ở nhiều công trình bảo vệ bờ trên các hệ thống sông ngòi Việt Nam, nên khi thi công sẽ áp dụng được nhiều kinh ngiệm từ các công trình trước. - Khối lượng vật liệu, kinh phí thực hiện so với phương án 1 là nhỏ hơn rất nhiều nên về mặt kinh tế thì phương án này có tính khả thi cao. *Nhược điểm: - Không tăng được bán kính cong của sông. - Không giảm đáng kể vận tốc dòng chảy sát bờ khi đã có công trình. 5.3. Lựa chọn phương án: Theo những phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương án, Trong đồ án này ta chọn phương án 2: Bảo vệ trực tiếp bằng kè lát mái, thả rồng hộ chân đê là hợp lý cả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Các chỉ tiêu kỹ thuật và vật liệu sử dụng trong thi công sẽ được trình bày cụ thể ở các phần tiếp theo của đồ án này. VI. Thiết kế sơ bộ theo phương án đã chọn. 6.1. Công trình bảo vệ dưới mực nước kiệt (HK = 1,3 m): Công trình bảo vệ bờ dưới mực nước kiệt còn gọi là công trình tầng dưới. Phần bờ sông dưới mực nước kiệt bao gồm chân bờ sông và đáy sông. Vật liệu dùng để xây dựng phải chống được sự xói lở của dòng nước và mềm dẻo thích hợp với sự biến hình của lòng sông đồng thời tiện lợi cho việc thi công dưới mực nước kiệt. Vật liệu thường dùng loại đá hộc, rọ đá, rồng tre, bè chìm hoặc bê tông cốt thép . . . Trong nội dung của đồ án ta chọn vật liệu thi công dưới mực nước kiệt là: Dùng bao tải đất tạo mái m³2; thả rồng thép lõi đá ặ60cm, L = 10m hộ chân chống xói. Đá dùng trong thi công là đá hộc, đây là vật liệu thường dùng nhất và dễ thi công. * Tính toán kích thước đá hộc: Để tính được đường kính đá hộc dùng để thả ta dựa vào công thức tính lưu tốc khởi động của Sanôp. Uo = 4, 6.d1/3.h1/6 Trong đó: Uo : Lưu tốc khởi động trên đáy sông bằng phẳng (m/s). d: Đường kính đá hộc lát mái kè (m) h: Độ sâu cột nước tại chân công trình Nếu ta gọi lưu tốc bắt đầu khởi động trên sườn dốc là U thì theo Bưsơkin U được tính như sau: U = k. Uo Trong đó: U: Lưu tốc bắt đầu chuyển động trên mái dốc K: Hệ số hiệu chỉnh và được tính: K= Trong đó: m: Hệ số mái dốc của đá thả m0: Hệ số mái dốc của đá tự nhiên nằm trong nước chọn : Góc kẹp giữa đường mép nước và hình chiếu của hướng chảy lên mái dốc bờ. Đối với đoạn sông Hồng qua bãi Lam Sơn ta chọn K= 0, 75 (Trường hợp bất lợi dòng nước thúc thẳng vào kè K = 0,6 – 0,9) Để an toàn khi tính toán lưu tốc khởi động ta lấy lưu tốc dòng chảy lớn nhất làm lưu tốc khởi động và nhân thêm với hệ số an toàn =1, 4 (hệ số ổn định cho phép) cho quá trình tính toán. Ta có công thức: d = Theo số liệu thu thập được từ Trung tâm tư vấn kỹ thuật về đê điều thì: Umax = 2,16 m/s (Lưu tốc bình quân thuỷ lực lớn nhất đo trên toàn mặt cắt) h = 4 m (Được tính từ đỉnh kè đến viên đá lát kè gần chân khay nhất) Thay các số liệu vào công thức trên, ta được: d = 0.34m. Vậy khi sử dụng đá hộc ta phải dùng viên đá có đường kính d ≥ 0.34m 6.2. Công trình bảo vệ trên mực nước kiệt. Công trình này còn gọi là công trình tầng giữa và tầng trên cùng. Phạm vi bảo vệ mái dốc của bờ tính từ mực nước kiệt lên đến trên mực nước lũ để chống lại sự xói lở do dòng thấm ngược gây ra và sóng do tàu thuyền đi lại trên sông. Phần công trình trên mực nước kiệt được chia làm 3 phần chính: 6.2.1. Chân khay: Để tăng tính ổn định của kè, ta làm phần chân khay bằng các cơ rọ thép đá hộc có kích thước 2x1x0.5 (m) có bề rộng 2m, cao trình chân rọ đá là cao trình mực nước thi công (HTC), cụ thể là: ẹChân rọ = 1,8(m) Phần tiếp giáp giữa chân khay và rồng thép phía trên mực nước thi công ta đổ đá hộc để phủ kín đầu rồng. 6.2.2. Thân kè: Thân kè gồm 3 lớp: Sau khi bạt mái với mái dốc m = 2, trải một lớp vải địa kỹ thuật TS 200, hoặc loại tương đương, trên lớp vải là lớp dăm (1x2) dày 10 cm, trên lớp dăm là lớp đá hộc lát khan dày 30cm. Để tăng cường ổn định cho thân kè, trên mặt mái kè chia ô bằng các dải đá xây 45 x 40 (cm), kích thước mỗi ô 3x4m. * Tính trọng lượng viên đá lát mái kè: Trọng lượng tối thiểu của viên đá hoặc cấu kiện lát mái được xác định theo công thức Hudson: Trong đó: G: Trọng lượng viên đá hoặc cấu kiện (tấn = T). gB: Trọng lượng riêng của cấu kiện (Vật liệu đá gB =2, 65T/m3) g : Trọng lượng riêng của nước (1tấn/m3) a: Góc nghiêng của mái kè so với mặt phẳng nằm ngang, cotga=m=3 (Độ dốc mái có độ an toàn cao). hS: Chiều cao sóng thiết kế (m), được tính bằng công thức: hS = 0, 0208*W5/4*D1/3 Trong đó: D: Đà gió (km). (Tại khu vực kè mùa lũ có Dmax = 6 km) W: Tốc độ gió (m/s).Tại khu vực nghiên cứu lấy W = 13,8 m/s (Tương đương với gió cấp 6) => hS = 0, 0208*W5/4*D1/3 = 1,005 (m) KD: Hệ số ổn định tùy theo dạng khối lát. Với đá đổ rối 2 lớp KD=3. Với đá hộc lát khan KD=4. áp dụng tính toán cho kè Lam Sơn với vật liệu là đá hộc lát khan ta có: Vậy ta có thể chọn G =0, 05 Tấn = 50 kg *Chiều dày lớp đá bảo vệ: Trong đó: d: Chiều dầy của lớp đá lát mái (m) gB : Trọng lượng riêng của đá (2, 65T/m3) g : Trọng lượng riêng của nước (1T/m3) m : Hệ số mái dốc kè, m = 2 LS : Chiều dài sóng (m), lấy LS = 25 m áp dụng tính toán cho kè Lam Sơn ta có: d =0.28 m Vậy ta chọn chiều dày mái thiết kế dTK 0, 28 m. Do đó ta chọn dTK = 30 cm Thân kè gồm 3 lớp: Sau khi bạt mái với mái dốc m = 2, trải một lớp vải địa kỹ thuật TS 200, hoặc loại tương đương trên lớp vải là lớp dăm (1x2) dày 10cm, trên lớp dăm là lớp đá hộc lát khan dày 30cm. 6.2.3. Đỉnh kè: Đỉnh kè có rãnh thoát nước dọc và ngang theo đất tự nhiên, kích thước rãnh thoát nước là 30x30 cm, được xây bằng đá hộc VXM 100#, khoảng các giữa các rãnh là 30m. Cao trình đỉnh kè tính theo công thức. Zđỉnh kè = Htk + + hsl (3-5) Trong đó: Htk: Cao trình mực nước thiết kế Htk= 6,8(m). : Chiều cao an toàn chọn = 0,5m. hsl : Chiều cao sóng leo (m). => Zđỉnh kè = 3, 9+ 0, 5 + 1,005 8,3 (m) - Tuy nhiên khi thi công công trình tuỳ theo điều kiện địa hình đoạn sông mà ta làm cao trình đỉnh kè ngang bằng với cao trình mặt bằng của đoạn sông đó. - Thông thường cao trình đỉnh khu vực dự án kè tương đương với cao trình bãi già : +6,5m ~ +7,0m. 6.2.4. Thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang kè từ mặt cắt C7 đến mặt cắt C11:( Thể hiện trong các bản vẽ mặt cắt ngang kè) Kết luận I. Những kết quả đạt được của đồ án 1. Cập nhập tài liệu khí tượng thủy văn của các trạm quan trắc trong khu vực nghiên cứu từ năm 1960 – 2005 (tài liệu về HHưng Yên từ 1956 – 2003). Các tài liệu về tình hình phát triển dân sinh kinh tế trong tỉnh Hưng Yên đến năm 2004. 2. Tính toán phân tích diễn biến đoạn hạ lưu sông Hồng đoạn qua bãi Lam Sơn – Thị xã Hưng Yên – Tỉnh Hưng Yên từ đó nêu nguyên nhân gây xói lở. 3. Tính toán lưu lượng tạo lòng đoạn sông Hồng chảy qua bãi Lam Sơn, đề ra giải pháp công trình để chỉnh trị đoạn sông này và thiết kế sơ bộ công trình theo phương án đã chọn. II. Những hạn chế của đồ án - Các tài liệu, số liệu về khí tượng thủy văn, về dân sinh kinh tế xã hội trong lưu vực chưa được cập nhập tới năm 2006. - Việc tính toán phân tích diễn biến dòng sông đoạn hạ lưu còn mang tính khái quát, tương đối do điều kiện tài liệu còn thiếu (Không có số liệu đo lưu lượng trạm Hưng Yên ) và hạn chế về kinh nghiệm thực tế. Sự xói lở bờ và lòng sông của khu vực nghiên cứu chủ yếu do tác động của các điều kiện thuỷ động học, điều kiện địa chất…để khắc phục hiện trạng xói lở của đoạn sông nghiên cứu. Đồ án kiến nghị xây dựng kè lát mái, thả rồng hộ chân đê hộ bờ Tả (bờ Bắc) bãi Lam Sơn như đã nêu ở chương III, hệ thống chỉnh trị này có nhiều ưu điểm trong việc chống xói lở bờ. Sau một thời gian nghiên cứu, tính toán, bước đầu áp dụng kiến thức học tập ở nhà trường trong lĩnh vực chỉnh trị sông, bằng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo T.S Phạm Thị Hương Lan cùng nhiều thầy cô giáo, bạn bè trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án của mình. Tuy nhiên, đồ án không thể tránh được những sai xót. Kính mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy cô để em rút ra được những bài học quí báu cho bản thân và có thể vận dụng vào công việc sau này. III. Những tài liệu tham khảo trong quá trình thực hiện đồ án 1. Giáo trình động lực sông ngòi - Nxb Nông Nghiệp, ĐHTL, 1981. 2. Sách Chỉnh trị sông- PGS.TS. Võ Phán, KS Võ Như Hùng, Nxb Giáo dục 1995. 3. Tài liệu Dự án chống xói lở bờ Tả sông Hồng khu vực bãi Lam Sơn – Thị xã Hưng Yên – Tỉnh Hưng Yên của Trung tâm tư vấn kỹ thuật về đê điều. 4. Giáo trình Khí Hậu - Khí Tượng Việt Nam - THS. Phạm Đức Nghĩa. 5. Giáo trình Thuỷ Văn Thiết Kế – PGS. TS. Nguyễn Văn Nghinh. 6. Giáo trình Chỉnh Trị Cửa Sông Bờ Biển- PGS.TS. Nguyễn Bá Quỳ. 7. Giáo trình Địa Chất. 8. Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu- Phan Đình Lợi. 9. Các tài liệu tham khảo khác . . .