C I M A LÝ T NHIÊN
a ch t, th nh ng
Theo Báo cáo kh o sát đ a ch t công trình c a Trung tâm T v n và Chuy n giao công ngh Th y l i (CWRCT, 2010), đ a t ng chung c a đo n kè nghiên c u t trên xu ng d i bao g m các l p đ t d i đây:
- L p đ t đ p bao g m đ t á sét n ng đ n sét, màu xám nâu, xám vàng là l p đ t đ p đê h u sông H ng.
- L p 1: Thành ph n đ t á sét nh , màu xám, xám nâu l n nhi u r cây, mùn th c v t, s n s i L p 1 là l p đ t b m t b t g p trong các m t c t ngang v i chi u dày t 0.5m đ n 2.0 m, trung bình 1.0 m
- L p 2: t sét đ n á sét n ng, màu xám, xám nâu, xám vàng, tr ng thái d o c ng đôi ch d o m m L p 2 b t g p trong h u h t các h khoan trong các m t c t ngang v i chi u dày l p t 4.1m đ n 11.3m, trung bình là 7.7m
- L p 2a: t sét đ n á sét n ng, màu xám, xám nâu đôi ch xen k p các l p đ t có ch a h u c , tr ng thái d o m m đ n d o ch y L p 2a b t g p trong h u h t các m t c t ngang v i chi u dày t 1.2m đ n 10.2m, trung bình 5.7m
- L p 2b: t á sét trung, á sét n ng đ n sét xen k p, màu xám, xám ghi, tr ng thái d o c ng đ n d o m m L p 2b g p trong h u h t các m t c t ngang v i chi u dày 1.7m đ n 13.3m, trung bình 7.5m
- L p 3: t á cát, màu xám xanh, xám tr ng, k t c u ch t v a đ n ch t L p đ t
3 b t g p trong h u h t các m t c t ngang v i chi u dày t 1.3m đ n 15.5m, trung bình 8.4m
- L p 3a: Cát h t m n, màu xám vàng bão hoà n c, k t c u ch t L p 3a b t g p t i m t c t ngang 1-1’ và 3-3’ v i chi u dày l p t 1.5m đ n 11.5m, trung bình 6.5m
- L p 4: Cu i s i l n cát s n, màu xám tr ng, xám vàng, k t c u ch t Kích th c cu i t 2-10cm, tròn c nh v i thành ph n là th ch anh L p 4 b t g p trong t t c các m t c t ngang v i chi u dày khoan t 5.0m đ n 10.0m v n ch a qua l p
Các lo i đ t chính c a đ ng b ng sông H ng bao g m:
1 t cát, di n tích 16276 ha, chi m 1,1% di n tích t nhiên, đ t nghèo dinh d ng, ch y u tr ng màu.
2 t m n, di n tích 96608 ha, chi m 6,5%, hi n tr ng m t v lúa, n u có th y l i ho c c i t o có th tr ng hai v lúa hay nuôi tr ng th y s n.
3 t phèn, di n tích 90105 ha, chi m 6,1%, hi n tr ng lúa nh ng n ng xu t th p, đang d n d n đ c c i t o b ng các bi n pháp th y l i và nông nghi p.
4 t phù sa đ c b i, di n tích 78737 ha, chi m 5,3%, h u h t là đ t bãi ven sông, tr ng màu và cây công nghi p ng n ngày
5 t phù sa không đ c b i hàng n m, di n tích 979196 ha, chi m 66,2%, đây là nhóm đ t có di n tích l n nh t đ ng b ng sông H ng t t c c các t nh trong vùng, nhóm đ t này đ u có t tr ng l n nh t v kh n ng s n xu t nông nghi p, đ c bi t là tr ng lúa.
6 t b c màu và đ t đ vàng, có di n tích 81469 ha, chi m 5,5%, thu c lo i đ t nghèo dinh d ng, chua.
7 t đ vàng, di n tích 125904 ha, chi m 8,5%, ch y u tr ng r ng hay đang còn là đ t tr ng đ i tr c, có th c i t o đ tr ng cây n qu ho c cây lâu n m.
Ngoài ra, còn m t s lo i đ t khác chi m t tr ng th p nh đ t mùn vàng đ trên núi, đ t xói mòn tr s i đá.
c đi m đ a hình
Khu vực nghiên cứu nằm ở phía Tây Bắc, ven sông Đà, có độ cao đáy sông biến đổi phức tạp Dữ liệu năm 2000 được sử dụng để so sánh, cho thấy hiện tượng xói mòn bờ xen kẽ giữa các mặt cắt Nghiên cứu này tập trung vào vùng Tây Đền Hà.
N i, đáy sông có xu th b i cao h n so v i n m 2000.
C I M KHÍ T NG TH Y V N
M ng l i sông ngòi
M ng l i sông ngòi khu v c thành ph Hà N i khá d y đ c, kho ng 0,5 -
1 km/km 2 , g m hai h th ng sông chính là sông H ng và sông Thái Bình d c sông nh , nh ng sông khá quanh co, u n khúc.
Sông Hồng, chảy qua Hà Nội với chiều dài khoảng 93 km, là con sông lớn nhất miền Bắc Việt Nam và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế vùng đồng bằng Bắc Bộ Sông Hồng có ba nhánh lớn là sông Lô, sông Thao và sông Đà, tạo thành hình dạng khép kín của khu vực Tây Bắc Là hợp lưu của ba con sông lớn, dòng chảy của sông Hồng biến đổi khá phức tạp, với lưu lượng trung bình tại Sơn Tây đạt tới 129 m³/s Do diễn biến phức tạp của dòng chảy, việc điều tiết của hồ Hòa Bình đã dẫn đến hiện tượng xói lở lòng sông, khiến sông Hồng phải chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ quá trình này.
B ng 1.1: c tr ng hình thái m t s sông chính trongh th ngsông H ng
Di n tích l u v c (km 2 ) Chi u dài (km)
Ghi chú Toàn b Trong n c N c ngoài
T ng th ng du Sông H ng 143300 60800 82500 K t Vi t Trì
N u k c h u ng n sông H ng thì Flv= 8000 km 2
Toàn h th ng Sông H ng 143300 60800 82500 Tính đ n Vi t Trì
M ng l i quan tr c khí t ng th y v n
Trên l u v c sông H ng vi c xây d ng các tr m quan tr c các y u t khí t ng c trên lãnh th Vi t Nam và Trung Qu c đã đ c b t đ u t th k 20,
Vi t Nam b t đ u t n m 1890 là tr m Hà N i và thành l p Nha khí t ng vào n m
1902 M ng l i đi d n hoàn ch nh Vi t Nam là sau n m 1954
1.2.2.1 Tình hình quan tr c trên ph n l u v c thu c Vi t Nam
N m 1890 đã b t đ u đo m a Hà N i, sau đó n m 1905 Tuyên Quang,
Hà Giang, Ph Li n, Lào Cai v.v n m 1911 đo Nam nh, Sa Pha và đ n n m
Vào năm 1920, mỏ than được khảo sát và đo đạc ra các tính năng địa hình và một số nội quan trọng miền núi Đến năm 1940, tất cả các trạm trên lưu vực sông Hồng của Việt Nam đã có 110 trạm, và hầu hết các trạm này đã ngừng hoạt động trong thời kỳ 1946.
Sau năm 1954, lưới trạm đo khí tượng khí hậu được khôi phục và phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng yêu cầu của công tác dự báo và khai thác sông Hồng Số lượng trạm tăng nhanh từ 87 trạm năm 1939 lên 303 trạm vào năm 1960 Tuy nhiên, sau năm 1985, một số trạm ngừng hoạt động, hiện tại chỉ còn khoảng 275 trạm, trong đó có 83 trạm đo khí hậu khí tượng.
1.2.2.2 Nh n xét v tài li u khí t ng thu v n
1 Ngu n tài li u khí t ng thu v n s d ng trong Lu n v n do Trung tâm l u tr s li u c a B Tài nguyên và Môi tr ng cung c p, ch t l ng t t, đáng tin c y Các s li u đã đ c ch nh biên, ki m tra đ chính xác h p lý, đ m b o đ c yêu c u ch t l ng có th s d ng trong phân tích tính toán thu v n ph c v cho vi c xây d ng c s khoa h c, th c ti n cho đ ng b ng sông H ng
2 Chu i tài li u khí t ng thu v n các tr m trên l u v c đ c phân tích đánh giá tính đ ng nh t, ng u nhiên tr c khi đ a vào s d ng Nhìn chung v quan tr c m c n c có n m cao nh t là 127 tr m (n m 1969) v i 73 tr m trong vùng không nh h ng tri u, 54 tr m trong vùng nh h ng tri u n n m 1985 đã gi m đi 64 tr m đo m c n c (vùng nh h ng tri u 41 tr m và không nh h ng tri u
23 tr m) V l u l ng s tr m c ng bi n đ ng l n, nh t là vùng nh h ng tri u
- 10 - c ng gi m đi rõ r t S li u trên đ a ph n Vi t Nam c ng khá dài, đ đi u ki n cho vi c nghiên c u tính toán m c chính xác t ng đ i.
3 Tuy nhiên chu i s li u đo đ cđ c trên h th ng sông H ng v n còn t n t i m t s b t c p chính nh sau:
Quá trình quan trắc dòng sông đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến cộng đồng, từ việc xây dựng đê điều đến các công trình hạ tầng Sự điều chỉnh dòng chảy đã tạo ra những thay đổi đáng kể trong hệ sinh thái tự nhiên của vùng ngập nước, mà không thể phục hồi hoàn toàn.
- Ch nh biên c ng ch a quan tâm t i đi u ki n cân b ng phân l u gia nh p, s m t cân b ng và d th ng ch a đ c gi i thích.
Tính toán tài nguyên ở Trung Quốc hiện vẫn còn hạn chế, với nhiều số liệu chưa đầy đủ và không chính xác, dẫn đến kết quả tổng thể không đạt yêu cầu Trong quá trình sử dụng công cụ, cần áp dụng những hệ số xử lý phù hợp để cải thiện độ chính xác và hiệu quả.
c đi m khí h u
Khí hậu trong hệ thống sông Hồng-Thái Bình thuộc lãnh thổ Việt Nam có đặc điểm là khí hậu nhiệt đới gió mùa, với mùa đông lạnh, khô, ít mưa và mùa hè nóng ẩm, mưa nhiều Sự tác động của các khối gió mùa Đông Nam Á tạo ra hai mùa gió: gió mùa đông và gió mùa hạ Tuy nhiên, do ảnh hưởng của địa hình, các yếu tố khí hậu biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian Trong phần này, chúng ta sẽ nêu một số đặc trưng cơ bản của khí hậu trên toàn lưu vực.
Sự gia tăng nhiệt độ trung bình hàng năm biến đổi trong phạm vi từ 1600 đến 2000 độ cao tại các vùng núi, với mức cao nhất xảy ra vào mùa hè từ tháng 5 đến tháng 10, đạt trên 200 độ mỗi tháng Ngược lại, trong mùa đông, nhiệt độ giảm xuống, đặc biệt là trong các tháng 1, 2 và 3.
B ng 1.2: S gi n ng trung bình tháng t i tr m Hà N i trên l u v c sông H ng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII N m
Ch đ nhi t c a khu v c phù h p v i n n nhi t đ c a khu v c nhi t đ i, có nhi t đ trung bình cao, nhi t đ trung bình n m trên l u v c dao đ ng t 15- 250C
Nhi t đ không khí trung bình n m có xu th gi m d n theo s t ng c a đ cao đ a hình: d i 150C vùng núi cao, 20 -240C vùng trung du và đ ng b ng.
Nhiệt độ không khí trung bình thay đổi theo mùa, với mùa hè có nhiệt độ từ 15-20°C ở vùng núi và 20-30°C ở các vùng trung du và đồng bằng Trong khi đó, mùa đông, nhiệt độ trung bình tháng tại vùng núi dao động từ 10-15°C, trong khi ở vùng trung du và đồng bằng là 15-20°C.
B ng 1.3: Nhi t đ trung bình tháng t i tr m Hà N i rên l u v c sông H ng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB
1.2.3.3 m. m t ng đ i trung bình nhi u n m trên l u v c là 80 - 90%, th i k khô hanh là 80%, th i k m t đ m đ t t i 90%. m không khí thay đ i theo mùa, cao nh t trong mùa m a và th p nh t trong mùa khô
B ng 1.4: m trung bình tháng t i m t s tr m trên l u v c sông H ng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB
Trong mùa hè, gió chủ yếu đến từ hướng nam và đông nam, trong khi mùa đông thường có gió từ hướng bắc và đông bắc Tốc độ gió trung bình trên lưu vực sông Hồng dao động từ 2 đến 3 m/s.
B ng 1.5: T c đ gió trung bình nhi u n m t i m t s tr m
L ng b c h i đo b ng ng Piche: B c h i trung bình n m dao đ ng t 900 -
1000 mm vùng đ ng b ng (Hà N i 975,1mm) (B ng 1.6).
B ng 1 6: B c h i trung bình tháng t i tr m Hà N i trên l u v c sông H ng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII N m
L ng m a trên l u v c sông H ng khá phong phú, bình quân nhi u n m trên toàn l u v c kho ng 1500 mm/n m Chính l ng m a đã hình thành tài nguyên n c phong phú c a l u v c
Theo không gian, các trung tâm m a l n bao g m: khu v c B c Quang thu c s n núi Tây Côn L nh v i l ng m a trung bình n m (Xo) l n nh t đ t t i g n
5.000 mm/n m, dãy núi Hoàng Liên S n kho ng trên 3.000 mm/n m; các khu v c Tam o và Ba Vì đ t 2.400 mm/n m Vùng ít m a 1.200 - 1.500 mm (B o L c,
M c Châu, S n La, B c Giang), vùng m a trung bình (1.700 - 2.000 mm) là vùng đ ng b ng, trung du, b c b
Theo thời gian, mực nước biển biến đổi theo mùa, chịu ảnh hưởng từ các yếu tố khí tượng khác Mực nước biển hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ gió mùa và phân chia theo mùa rất rõ rệt Mùa mưa diễn ra đồng thời với gió mùa Tây Nam, bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 (khoảng 6 tháng), trong đó năm đặc biệt là năm mưa.
- 13 - m a đ n s m ho c k t thúc mu n L ng m a trong mùa m a chi m kho ng 75- 85% l ng m a n m Còn l i là m a trong mùa khô Mùa đông th ng có m a phùn và m t, mùa hè th ng có m a rào, m a dông
B ng 1 7: L ng m a tháng trung bình nhi u n m t i tr m Hà N i (mm)
Tên tr m I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII N m
c đi m th y v n
Dòng chảy trên lưu vực sông nghiên cứu có nguồn gốc từ mưa và khá dồi dào, với tổng lượng bình quân nhiều năm qua Sông Tây đạt 118 tỉ m³ tổng ngàng và lưu lượng 3743 m³/s Nếu tính cả sông Thái Bình, sông Đáy và vùng đồng bằng, tổng lượng dòng chảy đạt tới 135 tỉ m³, trong đó 82,54 tỉ m³ (61,1%) là dòng chảy sinh ra tại Việt Nam và 52,46 tỉ m³ (38,9%) là sản sinh trên lãnh thổ Trung Quốc Tuy nhiên, do địa hình chia cắt, lượng mưa phân bố không đều, dẫn đến dòng chảy trên các phần lưu vực cũng rất khác nhau.
Dòng chảy của phần Việt Nam phong phú hơn nhiều so với dòng chảy của phần Trung Quốc, với lượng mưa trung bình trên sông tại Việt Nam đạt 2900 mm/năm, trong khi phần Trung Quốc chỉ đạt 1800 mm/năm Cụ thể, trên sông Lô, lượng mưa thuộc Trung Quốc là 1200 mm/năm, trong khi lượng mưa thuộc Việt Nam cao hơn đáng kể.
1900 mm/n m; trên sông Thao ph n Trung Qu c còn th p h n là 1100 mm/n m và thu c lãnh th Vi t Nam c ng đ t 1900 mm/n m).
Mức nước trung bình hàng năm trên các lưu vực biển đổi khá lớn và phụ thuộc vào dòng sông Năm nhiều nước nhất so với năm ít nước nhất ghi nhận từ 1,7 đến 2,2 lần trên sông Hồng và từ 3 đến 4,6 lần trên sông Thái Bình Trên các sông này, biên độ nước trung bình năm nhiều hơn, đặc biệt là ở các nhánh nhỏ của sông Thái Bình.
B ng 1 8: Bi n đ ng l ng n c trung bình n m t i tr m S n Tây
STT Sông L ng n c n m, t m 3 max/min Trung bình L n nh t Nh nh t
Ngu n: Vi n quy ho ch Thu l i.
B ng 1.9: c tr ng dòng ch y n m trung bình nhi u n mtính đ n tr m
Ngu n: Vi n quy ho ch Thu l i.
Dòng chảy năm trên lưu vực nghiên cứu không biến đổi nhiều, với năm 2023 ghi nhận mức thấp nhất so với năm ít nhất trong thời gian đầu thế kỷ Cụ thể, dòng chảy trên sông lớn dao động từ 2,0 đến 2,6 l/s, trong khi đó trên các nhánh sông Thái Bình là từ 3 đến 4 l/s Kể từ khi có số liệu quan trắc từ năm 1956 đến nay, mức dòng chảy trên sông lớn chỉ còn từ 1,6 đến 2,0 l/s và trên sông Thái Bình là từ 3,0 đến 4,5 l/s.
- H s bi n đ i Cv c a dòng ch y n m t ng khi di n tích l u v c gi m và khi l ng n c trung bình n m trên l u v c gi m H s Cv các l u v c sông l n: 0,16 ÷ 0,23 các l u v c trung bình và các l u v c nh : 0,30 ÷ 0,50 (B ng 1.10)
B ng 1.10: H s bi n đ ng Cv t i tr m S n Tây trên sông H ng
TB Max N m Min N m Max/ Min Cv
Sông Hồng, mang đặc trưng của sông miền núi, có nhiều nhánh và lên xuống nhanh chóng Biến đổi mực nước trung bình từ 5m đến 8m ở vùng trung du và đồng bằng, có thể đạt tối đa từ 8m đến 14m Sự biến đổi này chủ yếu do các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến dòng chảy.
- 15 - m a rào nhi t đ i gây ra, nhi u lo i th i ti t có th gây m a l n trên l u v c nh : áp th p, front, d i h i t nhi t đ i, bão
Do chế độ đàm mưa trên lưu vực biến đổi theo không gian và thời gian, nên sự xuất hiện lũ lụt trên sông Hồng có tính chất phân kỳ rõ rệt Bắc Bộ mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10; phía Đông Bắc có thể xảy ra lũ lụt vào tháng 11; Tây Bắc mùa lũ có thể xảy ra muộn hơn Trên lưu vực sông Hồng, có trên 45% số trận lũ xảy ra vào tháng 8, 29% vào tháng 7, và chỉ 17% xảy ra vào tháng 9 Tuy nhiên, những trận lũ lớn lại thường xảy ra vào tháng 8, ví dụ như các trận lũ tháng 8/1945 và tháng 8/1971.
Mùa kiệt trên lưu vực thường bắt đầu từ tháng XI đến tháng V, kéo dài 7 tháng, với tháng XI là tháng chuyển tiếp từ mùa mưa sang mùa ít mưa Từ tháng X đến tháng XI, dòng chảy trong sông giảm nhanh, trong khi từ tháng XII đến tháng IV, dòng chảy ít biến động Cuối tháng IV và tháng V, do có mưa, dòng chảy lại tăng nhanh, chính thức xác định mùa kiệt là từ tháng XII đến tháng IV.
Trong các tháng mùa ki, lượng mưa thường giảm từ 20% đến 25%, tập trung chủ yếu vào tháng XI, IV và V Các tháng từ XII đến tháng III có thời tiết khô hanh, đặc biệt là tháng XII và I Tháng II và III có mưa phùn, nhưng từ tháng XII đến tháng III, dòng chảy trong sông suối chủ yếu phụ thuộc vào nước ngầm và nước điều tiết từ các hồ chứa Vì vậy, tháng có lượng nước nhiều nhất trong năm thường rơi vào tháng III.
Mô đuyn dòng ch y ki t vùng châu th sông H ng là 4,9 l/s.km 2
C I M DÂN SINH KINH T
Dân sinh
Dân s toàn thành ph Hà N i c tính đ n n m 2013 là 7146,2 nghìn ng i, t ng 2,7% so v i n m 2012, trong đó dân s thành th là 3089,2 nghìn ng i chi m
43,2% t ng s dân và t ng 4,4%; dân s nông thôn là 4057 nghìn ng i t ng 1,4%
Huy n Phúc Th sáp nh p vào thành ph Hà N i t n m 2008, huy nn m bên b h u ng n c a c hai con sông: sông H ng và sông áy, c a h th ng sông
Huyện Phúc Thọ có ranh giới phía Tây giáp xã Sơn Tây, phía Nam giáp huyện Thạch Thất, phía Bắc giáp các huyện Quốc Oai và Hoài Đức, và phía Đông giáp huyện Đan Phượng Diện tích tự nhiên của huyện Phúc Thọ là 117,3 km², với dân số khoảng 169,2 nghìn người.
Kinh t
c tính n m 2013, t ng s n ph m trên đ a bàn thành ph Hà N i (GRDP) t ng 8,25% so cùng k n m tr c Trong đó:
Ngành nông lâm nghiệp ghi nhận mức tăng trưởng 2,46%, đóng góp 0,14% vào mức tăng trưởng chung của GRDP Mặc dù chịu ảnh hưởng từ bão, nhưng nhờ vào các biện pháp tu bổ và bảo vệ, thiệt hại không lớn Ngành công nghiệp và xây dựng tăng trưởng 7,57%, đóng góp 3,21% vào mức tăng trưởng chung Ngành dịch vụ tăng trưởng 9,42%, đóng góp 4,9% vào tổng mức tăng trưởng.
Huy n Phúc Th là n i có nhi ud án công nghi p D ki n khiqu c l
Phúc Thọ là một trong những điểm đến hấp dẫn cho các nhà đầu tư trong và ngoài nước, với thu nhập bình quân đầu người hiện nay đạt trên 600 USD/năm Là huyện thuần nông, Phúc Thọ có nhiều tiềm năng phát triển nhờ vào cơ sở hạ tầng và các công trình như Kênh.
C m ình - Hi p Thu n d n n c t sông H ng vào sông áy, sau này s là 1 đi m du l ch n i ti ng
Thành phố Hà Nội, đặc biệt là huyện Phúc Thọ, đang phải đối mặt với tình trạng đê điều xuống cấp nghiêm trọng do tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động khai thác cát Sự suy yếu của hệ thống đê điều không chỉ ảnh hưởng đến an toàn của người dân mà còn có thể dẫn đến các sự cố sạt lở Do đó, cần có các biện pháp khắc phục và bảo vệ hệ thống đê điều để đảm bảo tính mạng và tài sản của cộng đồng.
- 17 - có nh ng nghiên c u, gi i pháp n đ nh b h p lý đ đ phòng các s c có th x y ra
Dựa trên tính phức tạp của đề tài nghiên cứu, cần có cái nhìn đúng đắn và nắm bắt được các quy luật đòi hỏi phải chọn được phương pháp nghiên cứu thích hợp Sau khi xem xét và đánh giá các phương pháp nghiên cứu thủy động lực học và các phương pháp tính toán thiết kế, kiểm tra nền, tác giả Luân Văn đã lựa chọn 4 nhóm phương pháp cho đo đạc sông Hồng khu vực nghiên cứu.
Ph ng pháp phân tích xác su t th ng kê trong th y v n
Phương pháp này được sử dụng trong việc thu thập, thống kê và phân tích dữ liệu địa hình, địa chất của khu vực nghiên cứu Nó giúp xác định các thông tin liên quan trên vùng nghiên cứu, tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo.
Phương pháp mô hình toán là một kỹ thuật tính toán, mô phỏng diễn biến dòng chảy trong sông và vùng cửa sông bằng các phương trình toán học Với điều kiện ban đầu và điều kiện biên được xác định bằng các yếu tố như vận tốc, thủy lực, cùng với thời gian được định trước, mô hình toán giúp xử lý thông tin một cách chính xác và hiệu quả Nhờ vào khả năng xử lý thông tin tốc độ cao và độ chính xác lớn của máy tính, mô hình toán đã trở thành công cụ thiết yếu trong nghiên cứu và thiết kế các công trình thủy lợi, và hiện nay phương pháp này được sử dụng phổ biến trong thực tiễn.
Ph ng pháp tính toán thi t k và ki m tra n đ nh
Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận văn đã chỉ ra những vị trí xung yếu có khả năng sạt lở đất, từ đó đề xuất phương án chính trị đồn sông Hồng qua khu vực nghiên cứu Lựa chọn phương án thiết kế hợp lý, tính toán thiết kế và sử dụng phần mềm GEOSLOPE mô phỏng nền đất trượt mái theo các kích bản khác nhau.
Ph ng pháp phân tích t ng h p.
Vùng nghiên cứu chịu tác động đồng thời của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo Các yếu tố tự nhiên bao gồm dòng chảy, sóng, dòng thềm, địa chất không đồng nhất và sự cân bằng bùn cát Bên cạnh đó, các yếu tố nhân tạo như công trình dân sinh, hoạt động khai thác cát và giao thông thủy cũng ảnh hưởng đến khu vực này Chi phí chế độ thủy lực gây sạt lở, xói lở bờ Các yếu tố trên có tác động tương hỗ, do đó khi nghiên cứu cần xem xét chúng từ góc độ phân tích hệ thống.
Trong nghiên cứu của Luận văn, các phương pháp được sử dụng linh hoạt và hỗ trợ lẫn nhau Phương pháp thu thập thống kê và phân tích dữ liệu hình thái được áp dụng, cùng với phương pháp phân tích hệ thống để mô phỏng mô hình thể hiện khu vực nghiên cứu Việc tính toán thiết kế và kiểm tra độ bền công trình cũng được thực hiện Cuối cùng, phương pháp phân tích hệ thống giúp đánh giá kết quả từ mô hình một cách hiệu quả.
K T LU N CH NG 1
Chương 1 của luận văn đã tổng hợp các đặc điểm địa lý tự nhiên, khí hậu và dân sinh kinh tế của khu vực nghiên cứu Việc tìm hiểu và đánh giá các đặc điểm này nhằm làm sáng tỏ thông tin cần thiết về địa hình, phục vụ cho nghiên cứu cho dòng sông Hồng chảy qua huyện Phúc Thọ, Hà Nội.
Ch đ dòng ch y c a sông H ng có nh h ng l n đ n s an toàn tính m ng, c a c i vàđ i s ng kinh t xã h i cho ng i dâns ng khu v c xung quanh
V i cácyêu c u và đòi h i c a th c ti n s n xu t, c n ph i có nh ng nghiên c u v tình hình xói l , đ xu t và thi t k gi i pháp nh m b o v b dòng chính sông
H ng, đây là m c đích chính c a Lu n v n.
Lu n v n đ xu t 4 nhóm ph ng pháp nghiên c u chính đ c s d ng
Phân tích xác suất thống kê trong thiết kế và kiểm tra độ tin cậy là một yếu tố quan trọng trong mô hình toán học Các phương pháp này không chỉ hỗ trợ lẫn nhau mà còn giúp tối ưu hóa quy trình tính toán thiết kế Sự kết hợp giữa các phương pháp phân tích và tính toán giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong kiểm tra độ tin cậy của sản phẩm.
TÌNH HÌNH S T L SÔNG H NG
Trên h th ng sông H ng, do l có biên đ và v n t c dòng ch y l n nên tình hình s t l di n ra nghiêm tr ng (hình 2.1)
Hình 2.1 minh họa khu vực xây dựng hạ tầng giao thông qua Phúc Thọ vào tháng 10/2010 Chiều dài của khu vực này ước tính khoảng vài chục đến vài trăm mét, với một hệ thống đường nối liền nhau kéo dài từ 3 đến 5 km, chủ yếu nằm bên bờ sông Thao, thuộc khu vực Thụy Vân - Tân Cương.
Khu vực Minh Nông - Tiên Cát thuộc tỉnh Phú Thọ, nằm dọc theo sông Hằng và gần khu vực Hòa Bình Khu vực này bao gồm các xã như Lào Cai, thành phố Yên Bái, cùng với các xã Triệu Dương, Phú Cường, Phú Châu, Vân Sơn, Châu Sơn và Phong Cẩm.
Khu vực Xuân Phú (Hà Tây) và các khu vực lân cận như Yên Ninh - Chương Xá - Vĩnh - Nh Trác (Hà Nam) đang phát triển mạnh mẽ Sông Hồng tại khu vực Trung Hà - Thanh Trì, Văn Khê (Vĩnh Phúc) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các địa phương Phú Hùng Cống - Lam Sơn (Hưng Yên) cùng Mặt Làng, Bái Trạch (Nam Định) là những điểm nhấn khác trong khu vực Nhâm Lang, Hưng Tiến (Thái Bình) và các xã Cam Thượng, Phú Thịnh cũng góp phần vào sự phát triển chung của vùng này.
C m ình, Trung Hà, Liên Trung, ông Ng c, H i B i
2.2 DI N BI N XÓI B I TRÊN M T B NG
Lch s m t s giai đo n d ch chuy n đ ng tr c lòng sông H ng k t n m
1890 cho đ n 1985 vùng Vân C c, an Ph ng (Hình 2.2) cho th y trong vòng 100 n m, t 1890 đ n 1985, sông H ng có s bi n đ i dòng r t m nh
Hình 2.2: S đ chuy n dòng sông H ng khu v c Vân C c
Tuyến kè chống sạt lở sông Hồng tại khu vực K29+600 đến K31+600, thuộc phường Phú Thịnh, huyện Phúc Thọ, thành phố Sơn Tây, Hà Nội, cách trung tâm thành phố Sơn Tây khoảng 1km, được xây dựng với đá bọc vững chắc và chân kè được gia cố bằng đá Công trình này nằm trong dự án bảo vệ bờ sông Hồng, kéo dài từ K27+431 đến K32+00.
H u H ng, th xã S n Tây, t nh Hà Tây (c ) đ c thi t k n m 2008 Nh có h
- 21 - th ng đê đi u nên quy lu t có sai khác so v i t nhiên i u đó đ c ph n ánh b ng các d ch chuy n có tính ch t chu k qua l i.
Di n bi n sông t i m t v trí c c b có liên quan ch t ch đ n di n bi n chung c a c đo n sông D a vào các tài li u l ch s thu th p đ c c a đo n sông
S n Tây - Bá Giang - Liên M c t n m 1925 đến nay cho thấy sự biến đổi rõ rệt của lòng sông, đặc biệt tại vùng Vân C c - Châu Phan Đặc điểm địa hình của khu vực này rất bằng phẳng, với bãi sông không cao, dẫn đến việc lòng sông thường xuyên thay đổi hình dạng Trước năm 1925, có thời điểm lòng sông đã gần sát với tuyến bờ trái.
Trong giai đoạn 1962 - 1963, lòng sông đã xói sâu vào bãi Trung Hà thuộc huyện Vĩnh Lộc, tạo nên các đỉnh cong thứ nhất ở phía bên trái Đỉnh cong thứ hai chuyển qua bờ phải tại đầu bãi Bá Giang, trong khi đỉnh cong thứ ba lại di chuyển sang bên trái gần Vân Quán.
N m 1964 đã x y ra hi n t ng c t cong, lòng sông ch y th ng h n T Vân
C c qua Trung Hà đ n an Hoài ch còn duy nh t m t đ nh cong.
Sau khi bắt đầu vào các năm 1966-1967, quá trình lòng sông uốn cong đã bắt đầu, dẫn đến việc bãi Trung Hà bị xói theo quy luật tự nhiên Hiện tượng này xảy ra do dòng lòng sông dài với mật độ cong thường là dòng không ổn định, không thể duy trì lâu dài nếu không có các công trình chính trị can thiệp.
Bãi Trung Hà đang tiếp tục bị xói mòn, với lòng sông ngày càng cong hơn So với giai đoạn 1980-1981, tình hình lòng sông hiện tại tương đồng với năm 1962-1963, đặc biệt tại ba đỉnh công Trung Hà, Bá Giang và Vân Quán.
Hình 2.3: B n đ xói l b i t lòng d n khu v c S n Tây - an Ph ng giai đo n
B t đ u t n m 1989-1990, hi n t ng c t cong đã x y ra đ nh cong V n
Quán - V n Khuê Nh v y, trên đo n sông dài t S n Tây - Vân C c đ n an Hoài ch t n t i có m t đ nh cong.
Hình 2.4: B n đ xói l b i t lòng d n khu v c S n Tây - an Ph ng giai đo n 1987-1993
Hình 2.5: B n đ xói l b i t lòng d n khu v c S n Tây - an Ph ng giai đo n 1993-2001
Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tình trạng xói lở bờ sông tại khu vực Trung Hà bắt đầu từ năm 1993 và vẫn tiếp diễn cho đến hiện tại, đặc biệt là ở bờ trái sông Hình ảnh minh họa (Hình 2.4) cho thấy sự hình thành của các lồi đỉnh cong trên dòng sông này.
Theo các s li u l ch s t n m 1925 tr l i đây đã x y ra 3 l n c t cong, l n đ u kho ng n m 1945, l n th 2 vào n m 1964 và l n th 3 vào n m 1989 -1990
Trong thời kỳ đầu của chu kỳ ngập, lòng dân vẫn còn xa để mực nước có thể dâng cao, dù có sự xói mòn nhưng chưa gây ra nhiều nguy hiểm Tuy nhiên, vào thời kỳ cuối, lòng dân đã khá cong, dòng chảy thúc vào bờ với góc nghiêng lớn, gây mất an toàn cho việc điều tiết và bảo vệ bờ, dẫn đến khó khăn và tiềm ẩn rủi ro.
Qua các phân tích di n bi n trên và các tài li u l ch s tr c đây trên đo n sông H ng S n Tây - Trung Hà - an Hoài, lòng sông t i đo n c c b S n Tây –
Phần ngã ba sông có hình dạng cong thuôn, bị ép vào bờ phải với hệ số k=1.05 Bãi phía b左 khá cao và có bãi Vĩnh Tùng nên lâu ngày không có dòng chảy về phía này Dòng sông Tây luôn có xu hướng xói vào bờ phải, dẫn đến hiện tượng xói lở tại bãi Trung Hà và hình thành các đỉnh cong mới.
Từ năm 1965 đến 1988, Việt Nam trải qua một chu kỳ lũ lụt kéo dài và có tính chất thường xuyên Chu kỳ lũ lụt mới bắt đầu từ năm 1989 đến năm 1997 Đặc biệt, tại đỉnh cống Trung Hà, hồ chứa nước có dung tích lớn nhất là 1.2 triệu m³ Phân tích cho thấy, mỗi chu kỳ lũ lụt diễn ra trên dòng sông Sơn Tây – Liên Mạc kéo dài khoảng 20 đến 25 năm.
Hi n t ng b i t , xâm th c hay xói l đ ng b sông do các nguyên nhân chính là: Do thay đ i t nhiên c a dòng ch y; Do m t s v trí có các l p đ t y u;
Do tác đ ng c a con ng i, trog đó có s đi u ti t c a các h ch a; Do s khai thác cát tràn lan làm m t cân b ng bùn cát, gây xói l ;
DI N BI N TRÊN M T C T NGANG
Kết quả phân tích cho thấy khu vực sông Hồng thuộc huyện Phúc Thọ có sự biến động rõ rệt Sông Hồng chảy qua khu vực này đã hình thành bãi giữa vào năm 1976, và từ năm 1991, bãi này đã bắt đầu phát triển.
Sự thay đổi của bờ sông do hoạt động của b h u và b i l p đã dẫn đến hiện tượng xói mòn và thu hẹp lòng sông Lượng đất sâu dần bị dịch chuyển về phía bờ phải, thể hiện rõ qua các mốc t 2, 3, 4.
Hình 2.6: S đ các m t c t kh o sát đo n sông H ng t S n Tây đ n Th ng Cát
+ o n t S n Tây t i th ng l u c ng C m ình (MC2-MC4 đo n t
Do biến động của thiên nhiên và dòng chảy lạch sâu lòng dẫn sông Hồng, khu vực bờ hữu sông Hồng tại TP Sơn Tây, đặc biệt là đoạn từ Km27 đến Km36 đê Hồng, thường xảy ra tình trạng sạt lở, hủy hoại đất đai Theo khảo sát của Chi cục PCLB & QL, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội, tình hình này đang diễn ra trên toàn tuyến.
K27+500 - K32 xuất hiện nhiều vật thể ngang, gây xói lở và sạt lở nhiều đoạn bờ sông, đe dọa đến an toàn đê điều và cuộc sống của trên 400 hộ dân ven sông Diễn biến sạt lở mạnh, xuất hiện nhiều cũng ảnh hưởng đến khu vực kè Hồng Hưu.
Tình hình thi công cầu T nh i t đã diễn ra từ cuối năm 2005 đến đầu năm 2006 Đến tháng 11 năm 2007, cầu đã được xuất hiện với vị trí K31+400, dài 58m và cao trình +8.0, độ sâu mực nước là 0.8m Hiện nay, dòng chảy chính của sông Hằng đang gây áp lực lên bờ, dẫn đến tình trạng xói lở và sạt lở toàn tuyến từ K27+500 đến K32.
Hình 2.7: Di n bi n m t c t ngang sông H ng t i MC2 đo n ph ng
Hình 2.8: Di n bi n m t c t ngang sông H ng t i MC3 đo n ph ng
Hình 2.9: Di n bi n m t c t ngang sông H ng t i MC4 đo n
Xã Sen Chi u-Phúc Th
K T LU N CH NG 2
Bài viết này phân tích hiện tượng sạt lở bờ sông trên mặt bằng, mặt cắt ngang và các khu vực xói lở nghiêm trọng Các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này bao gồm: sự thay đổi tự nhiên của dòng chảy, tác động của con người, đặc biệt là sự can thiệp của các hoạt động khai thác; tình trạng khai thác cát tràn lan làm mất cân bằng bùn cát và gây xói lở; cùng với một số vị trí có lớp đất yếu, chịu tác động lớn từ các công trình ven sông, đặc biệt là việc khai thác cát không kiểm soát, kết hợp với các yếu tố tự nhiên khác gây ra sự sụt lún.
Việc đánh giá địa điểm biên phòng tại lòng dân sông Hồng thuộc khu vực nghiên cứu không chỉ làm nổi bật tính cấp thiết của đề tài Luận văn mà còn chỉ ra các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này Những nguyên nhân này bao gồm sự phân tích cơ sở, đề ra hướng nghiên cứu và các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Hồng, đặc biệt là đoạn sông đi qua huyện Phúc Thọ.
CH NG 3 NG D NG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PH NG VÀ ÁNH
GIÁ TÌNH TR NG XÓI L KHU V CNGHIÊN C U
M U
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, kỹ thuật máy tính và các công cụ toán học hiện đại, phương pháp mô hình toán đã có những bước tiến vượt bậc trong thời gian gần đây Mô hình toán nổi bật với khả năng tính toán nhanh chóng, độ chính xác cao và khả năng điều chỉnh các phương án linh hoạt, đồng thời chi phí thực hiện không lớn, có thể áp dụng cho nhiều vùng miền với điều kiện khác nhau.
Hiện nay, nhiều mô hình thủy động lực có khả năng tính toán và mô phỏng các quá trình thủy động lực như sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát được sử dụng phổ biến trên thế giới Các mô hình như MIKE 21 của Đan Mạch, DELFT-3D của Hà Lan, và STWAVE đang được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam.
Sông H là một hệ thống thuỷ văn quan trọng, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các yếu tố tự nhiên và nhân tạo Các yếu tố tự nhiên bao gồm dòng chảy sông, thu triều ven biển, trong khi các yếu tố nhân tạo liên quan đến các công trình như đê kè bảo vệ bờ và các công trình đầu mối phục vụ tiêu thoát nước Nhiệm vụ của bài toán này là mô phỏng quy luật trong hệ thống thuỷ động lực và đánh giá tình trạng xói lở của đoạn sông nghiên cứu.
Sau khi phân tích và so sánh các mô hình toán học phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của luận văn, tác giả đã lựa chọn mô hình MIKE để mô phỏng trạng thái dòng chảy tại sông.
H ng, đo n t ngã ba Vi t Trì – Phú Th đ n tr m th y v n Hà N ivà Th ng Cát.
Trong nghiên c u này, v i m c tiêu mô ph ng và tính toán th y l c, b mô hình MIKE 11 và MIKE 21 đã đ c l a ch n do đáp ng đ c nh ng tiêu chí sau:
- Là b ph n m m tích h p đa tính n ng.
- Là b ph n m m đã đ c ki m nghi m th c t nhi u qu c gia trên th gi i
- Cho phép tính toán th y l c v i đ chính xác cao
- Giao di n thân thi n, d s d ng. thi t k , ph i bi t đ c các thông s nh tài li u đ a hình, đ a ch t, m c n c, l u l ng, l u t c và phân b l u t c trên mô hình 2 chi u Trong n i d ng
Tài liệu được hình thành từ Viện Quy hoạch Thủy lợi và toàn khảo sát Sông Hồng, được cập nhật năm 2000 trong dự án phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng, đã bổ sung thêm các tài liệu đo đạc năm 2009 và 2010 do Trường Đại học Thủy lợi thực hiện.
Tài liệu được trích dẫn trong Báo cáo khảo sát địa chất công trình của công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Thủy lợi (CWRCT, 2010) thuộc dự án phát triển giao thông nông thôn khu vực Đồng Bằng.
B c B - Giai đo n I, c m Vân Phúc, Phúc Th , Hà N i.
Tài liệu mô phỏng dòng chảy là công cụ quan trọng trong việc tính toán thiết kế công trình Mô hình MIKE11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên các hệ thống thủy lợi, trong khi MIKE21 hỗ trợ mô phỏng dòng chảy ở các vị trí công trình Việc áp dụng hai mô hình này giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và đảm bảo hiệu quả trong quản lý nguồn nước.
MÔ HÌNH MIKE11, MIKE21 VÀ KH N NG NG D NG
MIKE11 và kh n ng ng d ng
Mô hình MIKE 11, phát triển bởi DHI Water & Environment, là một trong những mô hình toán thủy lực được sử dụng rộng rãi hiện nay Phần mềm MIKE đã được kiểm chứng hiệu quả tại nhiều quốc gia trên thế giới, với giao diện thân thiện và tính năng đáng tin cậy Ngoài ra, MIKE còn cung cấp các mô đun đi kèm phù hợp cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau Bài viết này sẽ trình bày chi tiết các đặc điểm nổi bật của mô hình MIKE, bao gồm cơ sở lý thuyết, các số liệu đầu vào và các thông số cần điều chỉnh.
MIKE 11 là m t ph n m m k thu t có th mô ph ng l u l ng, ch t l ng n c và v n chuy n bùn cát trong sông, h th ng t i, kênh d n và các h th ng d n n c khác MIKE 11 là m t ph n m m đ c l p trong b ph n m m MIKE bao g m r t nhi u các ph n m m con có các ch c n ng và nhi m v khác nhau nh MIKE 11, MIKE 21, MIKE-GIS, MIKE-BASIN, MIKE-SHE, MIKE-MOUSE và trong MIKE 11 l i bao g m nhi u mô đun có các kh n ng và nhi m v khác nhau nh :
- Mô đun m a dòng ch y (RR)
- Mô đun t i - khuy ch tán (AD)
- Mô đun ch t l ng n c (WQ) và m t s các mô đun khác.
Trong mô hình MIKE 11, mô đun thu lực (HD) giữ vai trò trung tâm, nhưng việc kết hợp với các mô đun khác cần phải dựa trên mục đích sử dụng để đạt hiệu quả hợp lý và khoa học.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán mô phỏng của mô hình chạy dựa trên lý thuyết cơ bản của mô đun thủy lực (HD) Mô đun này là phần trung tâm của hệ thống mô hình MIKE 11, cung cấp nền tảng cho nhiều mô đun khác như dự báo lũ, tài khuyết tán, chất lượng nước và các mô đun về vận chuyển bùn cát Mô đun thủy lực trong MIKE 11 giải quyết các phương trình dòng chảy theo nguyên lý đảm bảo tính liên tục và bảo toàn khối lượng, sử dụng phương trình Saint Venant.
3.2.1 2 C u trúc và thu t toán trong mô hình Milke 11
H ph ng trình Saint Venant
Phương trình cơ bản của mô hình định tính cho trường hợp dòng không ổn định là hệ phương trình bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lực (hệ phương trình Saint Venant) với các giá trị thí nghiệm tương ứng.
- Dòng ch y là dòng m t chi u, đ sâu và v n t c ch thay đ i theo chi u d c c a lòng d n.
- Dòng ch y thay đ i t t d c theo lòng d n đ áp su t thu t nh chi m u th , gia t c theo chi u th ng đ ng đ c b qua.
- Tr c c a lòng d n đ c coi nh m t đ ng th ng.
- d c đáy lòng d n nh và đáy c đ nh, b qua hi n t ng sói và b i.
- Có th áp d ng h s s c c n c a dòng ch y r i đ u, n đ nh cho dòng không n đ nh đ mô t các tác đ ng c a l c c n.
- Ch t l ng không nén đ c và có kh i l ng không đ i trong toàn dòng ch y
Ph ng trình đ ng l ng:
B: Chi u r ng m t n c th i đo n tính toán (m) h: Cao trình m c n c th i đo n tính toán (m) t: Th i gian tính toán (giây)
- 31 - x: Không gian (d c theo dòng ch y) (m) β: H s phân b l u t c không đ u trên m t c t
A: Di n tích m t c t t (m 2 ) q: L u l ng ra nh p d c theo đ n v chi u dài (m 2 /s)
C: H s Chezy, đ c tính theo công th c: R y
R: Bán kính thu l c (m) y: H s , theo Maning y=1/6 g: Gia t c tr ng tr ng = 9,81 m/s 2 α: H s đ ng n ng
Thu t toán trong mô hình MIKE11
H ph ng trình vi phân (3-1) và (3-2) là h ph ng trình vi phân phi tuy n, có h s bi n đ i Các nghi m c n tìm là Q và H là hàm s c a các bi n đ c l p x, t
Nh ng các tham s A và V l i là hàm s c a Q và H nên không gi i đ c b ng ph ng pháp gi i tích, mà gi i g n đúng theo ph ng pháp sai phân.
Giải phương trình vi phân bằng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm (Abbott-Ionescu 6-point) cho phép xác định giá trị lương, mức nước tại các điểm trong một dòng sông, bao gồm các mặt cắt ngang trong mạch sông và các thời điểm trong không gian nghiên cứu.
Xét m t đo n sông dài 2∆x trong th i gian ∆t:
Trong ph ng trình liên t c, ta có
Sai phân hoá ph ng trình (3-3) t i b c th i gian th (n+1/2), ta thu đ c các ph ng trình sai phân
Hình 3.1: S đ sai phân 6 đi m Abbott cho ph ng trình liên t c
Trong đó: Ch s bên d i trong ph ng trình bi u th v trí d c theo nhánh, và ch s bên trên ch kho ng th i gian
– A 0j : Di n tích m t phân cách gi a 2 đi m l i j-1 và đi m l i j
– A 0j+1 : Di n tích m t phân cách gi a 2 đi m l i j và đi m l i j+1
– 2xj: Kho ng cách gi a hai đi m l i j-1và j+1
Th (3-4), (3-5), (3-6) vào ph ng trình (3-3) ta đ c ph ng trình x
V i , , là hàm c a b và , ngoài ra nó còn ph thu c vào giá tr Q và h t i b c th i gian n và giá tr Q t i b c th i gian n+1/2.
Ph ng trình đ ng l ng đ c sai phân hoá t i b c th i gian n+ 12 nh sau:
Thay vào ph ng trình (4) ta đ c m t ph ng trình có d ng : j n j j n j j n j j h β Q γ h δ α − + 1 1 + + 1 + + + 1 1 = (6) b Ph ng trình đ ng l ng
Hình 3.2: S đ sai phân 6 đi m cho ph ng trình đ ng l ng
Sai phân hoá ph ng trình (3-2) ta có:
(3-9) xác đ nh thành ph n b c 2 trong ph ng trình (3-9), ng i ta s d ng ph ng trình g n đúng:
V i là h s do ng i s d ng t xác đ nh (h s này đ c ghi trong m c Default value c a mô đun HD và có m c đ nh t 0 đ n 1)
Th vào các ph ng trình sai phân và rút g n các h s , ta thu đ c ph ng trình đ ng l ng vi t d i d ng:
Khi nghiên cứu các phương trình này theo từng bước thời gian, chúng ta sẽ thu được một ma trận tính toán Để tìm nghiệm cho bài toán, việc sử dụng công cụ toán học để giải các ma trận này là cần thiết.
Tính n đ nh c a ph ng pháp sai phân h u h n đ gi i h ph ng trình Saint Venant đ c b o đ m khi các đi u ki n sau đ c tho mãn:
- S li u đ a hình ph i t t, giá tr cho phép t i đa v i ∆x (dx-max) đ c l a ch n trên c s này
- B c th i gian ∆t c n thi t đ nh đ đi u ki n n đ nh Courant đ c tho mãn
3.2.1 3 i u ki n n đ nh trong mô hình Mike 11 a- i u ki n n đ nh trong bài toán th y đ ng l c h c
Không thể tùy chọn ∆t và ∆x trong tất cả các trường hợp; tiêu chuẩn đặt ra cho ∆t và ∆x là phải đảm bảo có thể giải được các biến thời gian và không gian phi tuyến Mô phỏng thể hiện sự thay đổi không theo thời gian t.
Để mô tả đúng toàn bộ chu trình thay trịu, cần thực hiện 10 điểm trong 30 phút Tổng thể, sự thay đổi mặt cắt ngang của sông yêu cầu phải chia nhỏ khoảng cách, nhằm đảm bảo mô tả địa hình một cách chính xác Để sai phân được hữu hiệu và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện: mặt cắt địa hình phải dày đủ để nội suy mực nước cần thiết và lưu lượng đảm bảo chính xác theo yêu cầu Giá trị tối đa cho phép đối với ∆x phải được xác định trên cơ sở này.
+ B c th i gian ∆t ph i đ nh đ cho ta có m t th hi n chính xác v sóng
Ch ng h n b c th i gian t i đa đ mô ph ng th y tri u nói chung kho ng 30 phút.
Hệ thống này được thiết kế để đáp ứng các điều kiện trong một khoảng thời gian nhất định Giá trị của Cr nằm trong khoảng từ 10 đến 15, tuy nhiên, các giá trị Cr lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng.
H s Cr th hi n t c đ nhi u đ ng sóng t i vùng n c nông (biên đ nh ).
Số Courant là một yếu tố quan trọng trong mô hình hóa sóng, phản ánh sự di chuyển của sóng trong một khoảng thời gian nhất định Sử dụng sai số phân huống có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả, như trong mô hình Mike 11 với 6 điểm Abbott, cho phép số Courant nằm trong khoảng từ 10 đến 20 Đặc biệt, khi dòng chảy diễn ra dưới điều kiện phân giới, số Froude nên nhỏ hơn 1 để đảm bảo tính chính xác trong mô hình.
+ i u ki n v n t c d i đây đôi khi có th t o ra m t h n ch v b c th i gian ∆t, trong tr ng h p m t c t ngang có bi n đ ng l n :
Tiêu chu n v n t c đòi h i ph i ch n ∆t và ∆x sao cho không d ch chuy n quá m t đi m l i trong m i b c th i gian b- i u ki n n đ nh trong bài toán t i khu ch tán.
S đ tính toán trong mô hình t i khu ch tán bình l u s n đ nh th m chí đ i v i h s Peclet l n, t c là:
D v x Pe trong đó: v- v n t c, ∆x- kho ng cách gi a các đi m l i, D- h s khuy ch tán B c th i gian và không gian c ng ch n sao cho s Courant đ i l u nh h n 1.
Trong mô đun AD, khoảng cách giữa các điểm nút tính toán k c h và Q được xác định bởi ∆x, với ∆x bằng 0.5 trong tính toán HD Do đó, thời gian trong HD cần được điều chỉnh để phù hợp với tiêu chuẩn, vì vậy cần giảm nó đi 2 lần trong quá trình tính toán AD.
3.2.2 MIKE21 và kh n ng ng d ng
Trên thế giới, nhiều mô hình thủy động lực học như SORBEK, DELFT 3D (Hà Lan) và MIKE (Đan Mạch) đang được áp dụng cho các mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và thiết kế hệ thống công trình Mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm riêng, và hiện tại chưa có đánh giá toàn diện và chi tiết về khả năng áp dụng của các mô hình này trong thực tế Sau khi cân nhắc và so sánh, các mô hình toán phù hợp với mục tiêu của luận văn đã được lựa chọn.
Mô hình MIKE 21 cho phép mô phỏng và tái hiện bức tranh thủy động lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tập trung vào một vài điểm nhất định Nghiên cứu này nhằm mục tiêu mô phỏng và tính toán chế độ thủy lực đo đạc sông Hồng tại ngã ba Việt Trì - Phúc Thọ đến trạm thủy văn Hà Nội, cho thấy mô hình MIKE 21 đã được lựa chọn do đáp ứng đầy đủ các tiêu chí cần thiết.
- Là b ph n m m tích h p đa tính n ng (tính toán tr ng sóng, dòng ch y, v n chuy n tr m tích, di n bi n đ a hình đáy)
- ã đ c ki m nghi m th c t nhi u qu c gia trên th gi i.
- Giao di n thân thi n, d s d ng và t ng thích v i nhi u ph n m m GIS khác
Mô hình MIKE 21FM, được phát triển và ứng dụng tại Việt Nam, kết hợp các kỹ thuật mô hình mới với cấu trúc lưới tam giác cho vùng bãi và lưới tứ giác cho các khu vực đã xác định hướng chảy, mang lại kết quả khả quan Kỹ thuật này đang được áp dụng cho nhiều lĩnh vực liên quan đến môi trường sông, khu vực ven biển, di dời và tràn lấn đất liền MIKE 21FM là phần mềm chuyên nghiệp dùng để tính toán dòng chảy, sóng, vận chuyển trầm tích và sinh thái học trong các hệ thống sông, hồ, cửa sông, vịnh, cùng với các vùng biển ven bờ và biển ngoài khơi Phần mềm này cung cấp môi trường thiết kế hoàn chỉnh và hiệu quả cho các kỹ thuật viên, quản lý tổng hợp vùng bờ và lập kế hoạch Sự kết hợp giữa giao diện đồ họa thân thiện và kỹ thuật tính toán hiệu quả đã tạo ra một công cụ hữu ích cho các nhà quản lý công trình trên toàn thế giới.
3.2.2.2 C u trúc và thu t toán trong mô hình Milke 21
C s lý thuy t c a mô hình Mike 21FM HD:
NG D NG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PH NG DÒNG CH Y H TH NG SÔNG H NG - THÁI BÌNH
Hi u ch nh và ki m đ nh mô hình
i v i m ng th y l c mùa l l a ch n các n m l đi n hình 1996 (t
01/06/1996 - 15/10/1996) đ hi u ch nh và n m 2002 (t tháng 09/08/2002- 31/08/2002) đ ki m đ nh b thông s cho mô hình
Việc chỉnh sửa thông số mô hình chạy được tiến hành bằng cách thay đổi độ nhám Độ nhám được xác định cho các mặt cắt và được chỉnh sửa trong quá trình hiệu chỉnh mô hình kết hợp tham khảo thông tin điều tra thực địa Kiểm tra tính hợp lý thông qua các tài liệu đo đạc của các trạm trung gian là cần thiết Trong trường hợp dòng chảy có hiện tượng tràn bãi, thì trên mỗi mặt cắt còn chia ra độ nhám lòng dẫn và độ nhám bãi Phương pháp hiệu chỉnh thông số này sử dụng phương pháp thí nghiệm sai.
So sánh th c đo và tính toán t
Hình 3.6: S đ quá trình hi u ch nh b thông s mô hình
Quá trình hi u ch nh có th tóm t t thành các b c sau đây:
- B c 1: Gi thi t b thông s (ch y u là đ nhám) và đi u ki n ban đ u.
- B c 2: Sau khi đã có b thông s gi thi t, ti n hành ch y mô hình.
- B c 3: So sánh k t qu tính toán v i s li u th c đo t i các tr m có s li u đo đ c m c n c.
So sánh này thực hiện một cách khách quan giữa hai quá trình tính toán và thực đo trên biểu đồ, nhằm kiểm tra tính hợp lý của tiêu chuẩn định lượng Nash.
Ho,i: Giá tr th c đo
Hs,i: Giá tr tính toán ho c mô ph ng.
Ho: Giá tr th c đo trung bình
B thông s nhám sau khi hi u ch nh - ki m đ nh t i các m t c t đ c th hi n trong Ph l c (Ph l c 1)
K t qu hi u ch nh mô hình:
Mô hình được hiện thực hóa nhằm so sánh kết quả tính toán và thực đo tại vị trí các trạm thủy văn Kiểm tra trên mạng sông và xác định NASH tương ứng tại các trạm đó.
Hình 3.7: M c n c tính toán - th c đo l 1996 tr m S n Tây
Hình 3.8: M c n c tính toán - th c đo l 1996 tr m Hà N i
Hình 3.9: M c n c tính toán - th c đo l 1996 tr m Th ng Cát
B ng 3.3: K t qu hi u ch nh thông s mô hình trong mùa l 1996
TT Tr m Sông V trí Hmax(m) ∆H
K t qu ki m đ nh mô hình
Sau khi hi u ch nh mô hình và tìm đ c b thông s chung c a mô hình cho l u v c, ti n hành ki m đ nh mô hình đ đánh giá m c đ n đ nh c a b thông s
B s li u dùng đ ki m nghi m mô hình hoàn toàn đ c l p v i b s li u dùng đ xây d ng b thông s chung c a mô hình cho l u v c Tr n l dùng đ tính toán ki m đ nhlà t 9/8/2002 đ n 31/8/2002
Mô hình đánh giá kết quả tính toán và thực đo tại các trạm thủy văn được thực hiện để so sánh hiệu quả giữa các biện pháp kiểm tra trên mạng sông và hệ thống kiểm định NASH tại các trạm này.
Hình 3.10: M c n c tính toán - th c đo l 2002 tr m S n Tây
[meter] H DUONG QUA TRINH MUC NUOC TINH TOAN VA THUC DO TRAM HA NOI MUA LU NAM 2002
Hình 3.11: M c n c tính toán - th c đo l 2002 tr m Hà N i
[meter] H DUONG QUA TRINH MUC NUOC TINH TOAN VA THUC DO TRAM THUONG CAT MUA LU NAM 2002
Hình 3.12: M c n c tính toán - th c đo l 2002 tr m Th ng Cát
B ng 3.4: K t qu ki m đ nh thông s mô hình trong mùa l 2002
∆H (m) Nash Tính Toán Th c đo
ánh giá k t qu hi u ch nh và ki m đ nh mô hình
Tác giả đã tiến hành nghiên cứu và kiểm định bằng cách sử dụng nhiều trạm trên hệ thống sông nhằm đạt được kết quả tốt nhất Tuy nhiên, do phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn ở Sơn Tây và Hà Nội, tác giả đã trình bày kết quả tại ba trạm chính là Sơn Tây, Hà Nội và một trạm khác.
Mô hình mô phỏng mùa l 1996 cho thấy sai số mức tính toán và đo đạc trong khoảng từ 0 đến 0.266m Quá trình tính toán và thực đo phù hợp với dữ liệu động, với hệ số NASH nằm trong khoảng từ 0.81 đến 0.95 Với thông số này, có thể tiếp tục sử dụng để tính toán kiểm định mô hình.
Sau quá trình hiu chỉnh, việc sử dụng dữ liệu tháng VIII/2002 đã giúp xác định lại bảng số liệu Kết quả kiểm định cho thấy sự phù hợp giữa quá trình tính toán và thực đo tại các trạm kiểm tra Kết quả tính toán chỉ số NASH nằm trong khoảng từ 0.80 đến 0.96, cho thấy chất lượng mô hình khá tốt.
Mô hình Mike11 được xác định là hợp lý khi kết hợp các thông số phù hợp Do đó, mô hình Mike21 FM có độ tin cậy cao trong việc xác định các thông số tính toán đầu vào.
Mô ph ng xác đ nh các đ c tr ng dòng ch y ng v i t n su t thi t k
Mô hình Mike11 đã được áp dụng để nghiên cứu tác động của hai kịch bản bận với tỷ lệ suất thiết kế P = 5% (thu phóng lần năm 1969) và P = 95% (thu phóng dòng chảy kỷ niệm năm 2003) Biên cận mặn được khảo sát tại sông Hồng - Thái Bình, tham khảo một số đề tài được lập cấp Nhà nước, cụ thể là nghiên cứu của Lê Kim Truyền và V Minh Cát (2007) về các giải pháp khoa học và thực tiễn điều hành cấp nước cho đồng bằng sông Hồng.
Nghiên cứu năm 2010 đã tập trung vào việc xóa bỏ các khu chậm lũ tại sông Hồng, sông Đáy và sông Hoàng Long Tiếp theo, Phạm Thị Hương Lan (2013) đã đề xuất giải pháp nhằm định hướng vào lòng sông Đáy để đảm bảo yêu cầu về lũ lụt mùa kiệt và thoát lũ hiệu quả.
K t qu trích xu t t i các m t c t c a mô hình Mike11 s đ c s d ng đ làm biên cho mô hình Mike21
Hình 3.13: Quá trình l u l ng l thi t k t n su t P = 5% Hình 3.14: Quá trình m c n c l thi t k t n su t P = 5%
Hình 3.15: Quá trình l u l ng l thi t k t n su t P = 95% Hình 3.16: Quá trình m c n c l thi t k t n su t P = 95%
NG D NG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN DI N BI N DÒNG CH Y
S đ hóa m ng l i sông và các biên tính toán
Mi n tính đ c xác đ nh t v đ 21º28’N - 21º04’N, kinh đ 105º43’E -
Tọa độ 105º85’E cho thấy chiều dài dòng sông nghiên cứu khoảng 60 km Nghiên cứu này đã thực hiện việc đánh giá các trạng thái động lực học dựa trên các tài liệu địa hình có sẵn, với việc lựa chọn các phần tử hình học như hình chữ nhật và tam giác Đồng thời, nghiên cứu cũng phân tích sự thay đổi mực nước trong sông và bãi bồi hai bên, cũng như độ cao tối đa xung quanh các vị trí quan trọng, nhằm xác định các hiện tượng xói lở và các vấn đề liên quan Vùng tính toán được xác định rõ ràng với 28.520 phần tử và 14.124 nút lưới.
Hình 3.17: Minh h a l i tính s d ng trong mô ph ng
3.4.1 2 Các tài li u c b n ph c v cho tính toán
1 S li u đ a hình i u ki n đ a hình vùng nghiên c u là m t trong nh ng tài li u đ u vào quan tr ng không th thi u đ c trong tính toán D a trên đi u ki n đ a hình này đ thi t l p đ c mi n tính toán Trong tính toán c a vùng nghiên c u, Lu n v n đã s d ng s li u đo v đ a hình đáy t l 1:1000 đo đ c n m 2009, biên t p và x lý v đúng h t a đ UTM Zone 48N.
Các biên c a bài toán bao g m biên trên, biên d i Các biên đó đ c c th hóa nh sau:
Biên trên: Là quá trình l u l ng dòng ch y sông H ng (v trí Chainage
14740, g n ngã ba Lô - Thao - à) trích t mô hình th y l c Mike11 đã hi u ch nh, ki m đ nh cho l u v c sông H ng - Thái Bình
Biên d i c a mô hình th y đ ng l c là m c n c bao g m:
- V trí Chainage 70850 trên sông H ng, cách tr m th y v n Hà N i 200m v h l u.
- V trí Chainage 3862 trên sông u ng, cách tr m th y v n Th ng Cát 200m v phía h l u.
Hi u ch nh và ki m đ nh mô hình
Mô hình đ c hi u ch nh v i tài li u đo đ c m c n c t i tr m th y v n S n Tây (có t a đ 105°30'00", 21°05'00") chu i s li u t ngày 6 - 29/8/1996
K t qu tính toán và th c đo m c n c và h ng dòng ch y:
Hình 3.18: M c n c l l n nh t n m 1996 (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.19: L u t c l l n nh t n m 1996 (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.20: Phân b tr ng vector l u t c l l n nh t n m 1996 đo n qua huy n
Phúc Th (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.21: Bi u đ m c n c tính toán và th c đo t i tr m S n Tây
Mô hình đ c ki m đ nh v i tài li u đo đ c m c n c t i tr m th y v n S n Tây (có t a đ 105°30'00", 21°05'00"), chu i s li u t ngày 9/08/2012-31/08/2012
K t qu tính toán và th c đo m c n c nh sau:
Hình 3.22: M c n c l l n nh t n m 2002 (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.23: L u t c l l n nh t n m 2002 (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.24: Phân b tr ng vector l u t c l l n nh t n m 2002 đo n qua huy n
Phúc Th (trích k t qu Mike 21FM)
Hình 3.25: Bi u đ m c n c tính toán và th c đo t i tr m S n Tây
ánh giá k t qu hi u ch nh, ki m đ nh
Kết quả tính toán mô phỏng hiệu chính xác và kiểm định động quá trình mực nước tại trạm Sơn Tây cho thấy sự phù hợp với xu thế và lượng mưa tại khu vực Các hình ảnh 3.21 và 3.25 minh họa rõ ràng Kiểm định sai số của mô hình được thực hiện dựa trên chỉ tiêu Nash (Nash and Sutcliffe – 1970) Kết quả sai số giữa mực nước tính toán và thực đo tại trạm Sơn Tây được trình bày trong Bảng 3.5.
B ng 3.5: K t qu đánh giá sai s gi a tính toán và th c đo t i v trí tr m th y v n
Ch tiêu đánh giá Hi u ch nh
Thực hiện mô phỏng cho thí nghiệm biến dòng chảy trong khu vực nghiên cứu là rất phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau, đặc biệt là các yếu tố địa hình Do đó, kết quả tính toán và thực đo có thể khác biệt rõ rệt.
Mô hình tính toán hiệu chỉnh và kiểm định được thiết lập nhằm đảm bảo tính hợp lý của các thông số Do đó, mô hình này có độ tin cậy cao và có thể áp dụng cho các tính toán các kích bản tiếp theo.
Mô ph ng tr ng dòng ch y ng v i t n su t thi t k
Qua việc tính toán ngưỡng vi các tần suất thiết kế P = 5% và P = 95% bằng mô hình Mike11, quá trình lưu lượng và mực nước thiết kế được trích xuất làm biên cho mô hình Mike21 Thiết kế kết quả mô phỏng MIKE21 tương ứng với tần suất thiết kế 5% kết hợp với điều tra các vị trí xói l trên thực địa Luận văn xây dựng sơ đồ các vị trí xói l dọc sông Hồng đoạn từ Sơn Tây - Hà Nội, đánh giá chế độ thủy lực sông Hồng chảy qua huyện Phúc Thọ.
Lu n v n đi sâu nghiên c u cho đo n kè ch ng s t l b h u sông H ng t Km27+434 đ n Km32+000 Các m t c t kh o sát t MC11 đ n MC66 đ c b trí d c khu v c khai thác cát huy n Phúc Th (Hình 3.30)
Hình 3.27: S đ v trí các đi m xói l trên đo n sông H ng nghiên c u (P = 5%)
Hình 3.28: M c n c ki t thi t k ng v i t n su t P = 95%
Hình 3.30: M t c t kh o sátd c tuy n kè b h u sông H ng (Km27+434 đ n Km32+000)
K t qu tính toán môhình Mike21 ng v i l t n su t thi t k P = 5% và P 95% t i v trí tuy n kè thi t k nh sau:
Hình 3.31: M c n c l ng v i t n su t P = 5% Hình 3 32 : Tr ngl u t c ng v i t n su t P = 5%
Hình 3.33: M c n c l ng v i t n su t P = 95% Hình 3.34: Tr ng l u t c ng v i t n su t P = 95%
Hình 3.35: Phân b l u t c v i t n su t P = 5% h ng ngang sông
Hình 3.37: Phân b m c n c ng v i t n su t P = 5% h ng ngang sông
- M t c t MC11 t i Km29+600 đê h u H ng; Các m t c t khác đ c đánh s d c sông v h l u v i kho ng cách trung bình các m t c t là 400m o n xung y u, th ng xuyên x y ra xói l , s t tr t n m b h u sông H ng t Km27+434 đ n Km32+000
Phân tích kết quả theo mặt cắt ngang sông cho thấy khu vực nghiên cứu có hình dạng lõm của đơn sông cong, với mức độ phân bố lũ lụt và mực nước có xu hướng ép sát bờ Hình 3.35 và Hình 3.37 minh họa rõ nét tình hình này, đặc biệt tại tuyền đê dân sinh thu c b t sông Hồng, nơi kết thúc là đê hạ Hồng.
- T v trí MC44 xu t hi n bãi cát ven b t sông H ng thu c đ a ph n xã
Bãi này nằm ở Vĩnh Thạnh, tạo thành một hợp phần của cát ngang sông, kết hợp với xu thế của dòng chảy Dòng chảy cong khi tiếp xúc với đoạn kè, với lưu tốc đạt 2.4 m/s (MC 44) và độ sâu trung bình của dòng chảy là 15.5m.
- 70 - kính h t d50 = 0.029mm L u t c kh i đ ng theo công th c Sa_m p:
So sánh lưu lượng khí động với lưu lượng lẫn nhất là thiết kế 5%, nhằm xác định các vùng có khả năng xói Các vị trí này gần nhau, do đó tác giả đề xuất phương án xử lý bằng kè lát mái chống xói.
- Giá tr l u t c và m c n c thi t k đ c áp d ng cho tính toán thi t k công trình trong khu v c nghiên c u.
Hình 3 39 V trí các vùng xói l thu c khu v c nghiên c u
K T LU N CH NG 3
Luận văn đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các loại mô hình toán thủy lực, bao gồm mô hình 1D (MIKE 11) và 2D (MIKE 21 FM), để phân tích chế độ thủy lực trên dòng sông Hồng Chảy qua khu vực nghiên cứu.
Nh ng k t qu nghiên c u tính toán c a ch ng 3 làc s cho vi c đánh giá đ nh l ng tác đ ng c a ch đ th y l c đ n hi n t ng xói l các công trình k thu t trong vùng nghiên c u
K t qu tính toán th y l c ng v i t n su t thi t k khác nhau là biên đ u vào cho vi c tính toán thi t k công trình c th và tính toán n đ nh (đ c trình bày trong Ch ng 4).
CH NG 4: THI T K GI I PHÁP CÔNGTRÌNH X LÝ S T
KM31+600, HUY N PHÚC TH , THÀNH PH HÀ N I
CÁC GI I PHÁP CÔNG TRÌNH X LÝ S T TR T TRONG SÔNG
Theo Tiêu chu n ngành 14 TCN 84 - 91 v thi t k công trình b o v b sông đ ch ng l do B NN&PTNT ban hành, các gi i pháp công trình ch ng s t l b sông g m:
- Gi i pháp kè m hàn ch nh tr , đi u ch nh dòng ch y.
- Gi i pháp kè h chân lát mái tr c ti p b o v b
- Gi i pháp kè m m (còn đ c g i là kè xuyên thông c n dòng đ gây b i l ng) có th đ c phân thành 2 lo i nh sau:
Là công trình n i t b ra sông nh m ch đ ng h ng dòng ch y ra xa, gây b i l ng c i t o b sông theo tuy n ch nh tr
S d ng gi i pháp kè m hàn trong nh ng tr ng h p sau:
+ nh ng đo n sông có chi u r ng m t n c ng v i m c n c ng v i m c n c t o lòng l n h n 200m.
+ nh ng đo n sông đã xác đ nh tuy n ch nh tr
+ M i h th ng m hàn ph i có t 02 m hàn tr lên.
+ Không gây nh h ng x u đ n l i ích c a giao thông th y và các ngành kinh t khác.
Vi c xây d ng h th ng kè m hàn đòi h i kinh phí đ u t r t l n và t p trung, thi t k ph i tính toán k và c n có thí nghi m mô hình n u không s khó phát huy hi u qu
• Gi i pháp kè lát mái:
Là gia c tr c ti p lên mái b sông nh m ch ng xói l do tác đ ng c a dòng ch y và sóng K t c u kè g m chân kè, đ nh kè và thân kè.
Việc xây dựng kè lát mái đen là một giải pháp hiệu quả cho việc quản lý hàn, với kinh phí hợp lý và ít ảnh hưởng đến thoát lũ và giao thông Xu hướng này đang được ưa chuộng hiện nay, tuy nhiên, nó có thể có tác động tiêu cực đến diện tích đất sử dụng.
- Là lo i kè không kín n c (còn g i là kè xuyên thông) nh m làm gi m t c đ dòng ch y, gây b i l ng Th ng s d ng hai lo i là bãi cây chìm và m hàn c c.
+ Bãi cây chìm: th ng s d ng c m cây tre nguyên cành lá th theo hình hoa mai
+ M hàn c c: s d ng trong tr ng h p chi u dài m hàn l n h n 50m, kh n ng ch ng xói c a đ t b th p và ph i có thi t b đóng c c
Sau khi phân tích u nh c đi m c a m i gi i pháp công trình, tác gi
Lu n v n ch n gi i pháp kè lát mái cho đo n b v i các lý do sau đây:
Giải pháp kè hiển địch là phương pháp phổ biến và rộng rãi trong các công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt là ở những sông nhỏ (bề rộng < 200m) Phương pháp này giúp tránh hiện tượng "bờ vỡ đột ngột, lũ phá hoại bờ điển" do sự chảy xói bờ và tác động vào bờ điển.
Kè lát mái H b có tác dụng bảo vệ trực tiếp cho đợn áp dụng, giúp đất bền vững hơn, không bị xói trôi và bảo vệ mái l slope, đồng thời ít gây cản trở dòng chảy của các đợn b lân cận.
- Vi c xây d ng kè lát mái đ n gi n h n h th ng m hàn xét v ph ng di n th y đ ng l c và c ng gây bi n đ ng ít nh t t i đo n sông.
Tình trạng xói lở lòng sông đang diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt là ở khu vực chân đê chính sông Hồng, nơi có đáy sông sâu hơn so với bờ hiện tại Nếu không có hệ thống kè bảo vệ, dòng chảy sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến tình trạng sạt lở và không đảm bảo tính ổn định của các tác động tiêu cực sau khi công trình hoàn thành Hơn nữa, việc thi công hệ thống kè trong điều kiện hiện tại (p = 95%) gặp rất nhiều khó khăn.
TÍNH TOÁN THI T K KÈ SÔNG H NG QUA HUY N PHÚC TH
Tài li u ph c v thi t k công trình b o v b
- Bình đ cao đ t l t 1/2000 dùng đ l p t ng m t b ng công trình;
- Bình đ cao đ t l 1/500 t i v trí công trình;
- Các m c cao đ đ c đ a v h t a đ UTM Zone 48N kèm theo các s h a và s li u c n thi t;
- T các đi m cao đ , tác gi đã ng d ng công ngh GIS t o b n đ s hóa đ cao DEM v i đ phân gi i 5m B n đ s hóa này cho phép trích xu t m t c t b t kì trong ph m vi nghiên c u.
Cần phải lập bình đẳng và một cách tiếp cận đồng bộ đối với các tài liệu thí nghiệm, cũng như các đặc trưng cơ lý của đất bùn, bãi và lòng sông Tài liệu đưa ra chất lượng công trình được tác giả tham khảo trong Báo cáo khảo sát đất chất công trình (CWRCT, 2010).
Các thông s th y v n, th y l c là k t qu t mô hình toán trình bày trong ch ng 3:
- M c n c thi t k H P=5% (t ng đ ng v i l u l ng t o lòng) = 12.52 (m)
Tính toán thi t k kè lát mái
4.2.2.1 Thi t k chân kè lát mái
Khi thi t k chân kè ph i tuân th nh ng quy đ nh sau đây: a) K t c u và v t li u xây d ng chân kè ph i th a mãn yêu c u:
- m b o n đ nh c a chân kè và công trình;
- Ch ngđ c s kéo trôi c a dòng ch y và dòng bùn cát đáy;
- Ph i thích ng v i s bi n hình c a lòng sông;
- Ph i ch ng đ c s xâm th c c a n c;
- Thu n l i cho vi c thi công trong n c.
Vật liệu thi công chân kè chủ yếu là loại đá hộc, được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng Cao trình đỉnh chân kè cần đạt mức cao hơn mực nước kiến trúc với tỷ lệ 95% và độ dày thông thường là 0,50 m, trong đó cao trình đỉnh chân kè được xác định là +6.5m Kích thước vật liệu, cụ thể là đường kính viên đá, được xác định theo công thức (1) và công thức (2): η.U = K.5,45.h^0,14.d^0,36, với η là hệ số an toàn cho phép của công trình, đảm bảo an toàn trong thiết kế đê, có giá trị η = 1.5.
U là l u t c bình quân th y l c l n nh t th c đo (m/s); U = 2.4 (m/s)
K là h s đ c xác đ nh theo công th c (2); h là chi u sâu c a viên đá tính toán (m); d là đ ng kính viên đá (m).
= 0.7 (2) trong đó: m là h s mài d c (không đ n v ) c a chân kè; m=2 m o là h s mái t nhiên c a đá th r i trong n c; m o =1.5 - 2
- 78 - θ là góc h p b i đ ng mép n c và hình chi u h ngch y c a dòng n c lên mái d c; θ % 0
Tr ng h p dòng n c húc th ng vào tuy n b , l y K = 0,6 đ n 0,9;
Thay d = 0.35m vào công th c tính toán l u t c kh i đ ng c a Samop, có:
Th a mãn đi u ki n đá th xu ng chân kè không b trôi V y, ch n kích th c đá h c là d = 0.35m. d) áy chân kè:
- Khi t c đ dòng ch y nh , đ ng l ch sâu cách xa b , không có v c sâu n m trong ph m vi xây d ng kè, nên kéo dài chân kè t i ch mái b có h s mái d c t
Hình 4.5: Minh h a hình th c chân kè lát mái đ ng l ch sâu cách xa b e) dày t ng b o v chân kè:
Công th c xác đ nh đ dày t ng b o v chân kè: trong đó:
- 79 - dlà tr ng l ng riêng c ađá; d=2,65 (t n/m 3 )
G là trọng lượng viên đá, được tính theo công thức G = V d = ( /6)*d³ * d = 76.9 kg với t ≥ 0.77 m Chọn t = 0.8m Do lòng đất sâu (-5.6m đến +6.5m), nên độ ổn định của nền đất được đảm bảo, giúp tiết kiệm chi phí cho công tác thi công Tác giả đã lựa chọn phương án tạo chân kè với cao trình -1.5 và +2.5, và hệ số mái dốc nguyên m = 2 (Hình 4.7).
4.2.2.2 Thi t k thân kè lát mái
Khi thi t k thân kè ph i tuân theo nh ng quy đ nh sau: a) K t c u và v t li u làm thân kè ph i b o đ m các yêu c u:
- m b o n đ nh c a thân kè và công trình;
- Ch ng đ c s kéo trôi c a dòng ch y và sóng;
- Ch ng đ c xói ng m b sông do dòng th m;
- Ch ng đ c s phá ho i do các v t trôi. b) V t li u làm thân kè:
- Th ng dùng là đá h c lát, đá lát chít m ch, đá xây, bê tông; đá lát trong khung đá xây ho c khung bê tông, bê tông c t thép …
- Không nên đ p đ t t o mái kè; đ i v i nh ng v trí mái kè b s t l c c b , có th t o mái b ng bao t i đ t, đá đ …
- Khi t c đ dòng ch y l n h n 5 m/s và có yêu c u đ c bi t v m quan mà s d ng v t li u khác đ làm thân kè, ph i có c n c kinh t và k thu t.
- Khi t c đ dòng ch y nh h n 1,5 m/s và th i gian ng p n c ít, có th áp d ng bi n pháp tr ng c ; c) K t c u thân kè b ng đá h c lát khan đ c quy đ nh nh sau:
- H s mái d c thân kè th ng b ng 2 đ n 3 và ph i d a vào tính toán n đ nh thân kè;ch n h s mái d c m = 2;
- á h c ph i x p đ ng và chèn ch t;
- D i l p đá h c là l p l c, th ng làm b ng đá d m dày t 0,1 m đ n 0,15 m và v i l c đ a k thu t;
- K t c u thân kè b ng đá lát khan (Hình 4.8)
- ng kính đá lát thân kè đ c xác đ nh theo hai đi u ki n:
• Ch ng đ c tác đ ng c a dòng ch y: đ ng kính viên đá đ c xác đ nh theo kho n c) i u 4.1.3 (kích th c v t li u) c a TCVN8419_2010 ng kính này đã đ c xác đ nh trên d >=0,35 m
• Ch ng đ c tác đ ng c a sóng: đ ng kính viên đá đ c xác đ nh theo công th c
Đường kính viên đá (d) được xác định là 0,27 m, với hằng số η là 1,5 cho công trình bảo vệ bờ đất Hệ số phthu cvào mái d được tính toán với d o là 0,13 khi m 2 = 2 Trọng lượng riêng của đá (γ đ) là 2,65 T/m³ và trọng lượng riêng của nước (γ) là 1 T/m³ Chiều cao sóng (h s) được xác định theo công thức h s = 0,0208 W 5/4 D 1/3, cho kết quả h s = 1,032 m.
D là đà gió (km) D = 6,0 km
Ls là chi u dài sóng tính theo công th c (6) c a Anđrêan p
L s = 0.304.W.D 1/2 = 10,3 (m) (6) λ là t s gi a chi u dài và chi u cao sóng; λ = L s /h s = 10,3/1,032 = 10
T k t qu tính toán theo hai đi u ki n trên, ch n tr s đ ng kính viên đá l n nh t đ thi t k thân kè.V y, ch n d = 0,35m
Hi n nay, có nhi u ph ng án k t c u mái kè nh :
- đá t o mái toàn b Ph ng pháp này chi phí ít nh ng không n đ nh.
- S d ng bê tông đúc s n trong khung bê tông Ph ng pháp này đ n đ nh cao nh ng chi phí quá cao
- S d ng đá trong khung bê tông Ph ng pháp này khá phù h p, v a n đ nh, v a ti t ki m chi phí Tác gi ch n ph ng án này đ thi t k thân kè.
Cao trình ph n thân kè t +6.5m đ n +13.64m, do đó tác gi b trí t o c cao trình +10.34m, b r ng c 3m (Hình 4.9)
4.2.2.3 Thi t k đ nh kè lát mái
Phân định kè, hay còn gọi là công trình bảo vệ tĩnh, có tác dụng gia cố phần bờ mặn trên mực nước, ít chịu tác động của dòng nước vì nằm nổi trên 2 bên bờ sông Công trình này hiếm khi bị hư hại nhưng có thể xảy ra sụt lún khi tăng giá trị nước và tăng độ dày bùn bã, phần lấn công trình bảo vệ tĩnh trên bờ là do sự xâm thực của nước mặn và nước ngọt Như kè có rãnh thoát nước dọc và ngang theo địa hình tự nhiên, kích thước rãnh thoát nước là 50 x 70 cm, cao trình đỉnh rãnh +13.2m so với cao trình địa hình tự nhiên Rãnh được xây bằng đá hộc VXM 100.
Cao trình đ nh kè tính theo công th c
Z đ nh kè = H tk + + h sl trong đó:
H tk : Cao trình m c n c thi t k Htk.5 (m)
: Chi u cao an toàn ch n =0.5m h sl : Chi u cao sóng leo (m)
Nh kè trong hợp phần này có thể được sử dụng vào mùa hè để làm đường đi bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho tu sửa và bảo trì Đồng thời, nó cũng có thể phát triển thành đường giao thông trong tương lai với chiều cao nh kè là 1,50m.
Hình 4.8: K t c u thân kè và đ nh kè
Cần lưu ý bạt mái hố để bảo vệ bãi đất liên kết với đê kè, giúp mái dốc bãi đất được đẩy ra ngoài, tránh nước thẩm thấu vào bên trong thân kè Điều này sẽ giảm thiểu hiện tượng rửa trôi đất mặn.
M t c t thi t k kè t ng th đ c b trí nh sau:
Hình 4.9: M t c t đi n hình kè b h usông H ng đo n qua Phúc Th (PA kè mái nghiêng)