Cơ sở tính toán bùn cát của mô hình hecras

** C S TÍNH TOÁN BÙN CÁT C A MÔ HÌNH HECRAS **

Ơ Ở

Ủ

Tính toán v n chuy n bùn cát là m t viêc khó c c kì. Thông s s d ng đ ố ử ụ ự ể ậ ộ ể

ộ d đoán s thay đ i đáy sông không có c s ch c ch n và n u ta dùng m t lí ự ơ ở ự ế ắ ắ ổ

thuy t đ tính thì th ế ể ườ ấ ng theo kinh nghi m và có k t qu n m trong vùng r t ả ằ ệ ế

t, ng i làm có kĩ năng có th r ng. Tuy nhiên, n u s li u đ a vào là s li u t ộ ế ố ệ ố ệ ố ư ườ ể

c hi u ch nh đ đoán đúng mi n k t qu tính toán, s d ng modul bùn cát đã đ ử ụ ượ ệ ể ề ế ả ỉ

có xu h ng lâu dài thì có th d báo đ c và có th s d ng đ đánh giá đ ướ ể ự ượ ể ử ụ ể ượ c

các l a ch n cho d án. Hec Ras bây gi ự ự ọ ờ ề bao g m các h đ bi u di n các đi u ệ ể ể ễ ồ

ng này ng i ta mô ki n biên di đ ng, modul c a v n chuy n bùn cát. Trong ch ủ ậ ệ ể ộ ươ ườ

thuy t đ t ả lí thuy t và gi ế ả ế ượ c dùng đ tính toán. ể

T ng t dòng không n đ nh (quasi unsteady flow) ươ ự ổ ị

Tr c khi Hec ras có th tính đ ướ ể c l ượ ượ ủ ự ng v n chuy n bùn cát, th y l c ể ậ

c tính tr h c dòng sông ph i đ ọ ả ượ ướ ủ c. Hec ras dùng m t phép đ n gi n hóa th y ả ộ ơ

đ ng h c, đ dùng chung cho các modul v n chuy n bùn cát. Gi ộ ể ể ậ ọ ả thuy t dòng ế

ch y t ng t dòng không n đ nh (quasi unsteady flow) x p x v i đ ả ươ ự ỉ ớ ườ ấ ổ ị ủ ng th y

ả ổ văn liên t c có các dòng ch y n đ nh b gián đo n. Cho m i c p dòng ch y n ị ỗ ấ ả ổ ụ ạ ị

ẫ đ nh nào đó, thì m t m t kho ng th i gian nh t đ nh đ vân chuy n. V i các m u ị ấ ị ể ể ấ ả ộ ờ ớ

ổ dòng n đ nh này thì d h n đ phát tri n so v i toàn b modul dòng không n ể ễ ơ ể ổ ớ ộ ị

ng trình tính nhanh h n. (m t phiên b n ch y dòng không n đ nh đ nh, và ch ị ươ ả ạ ơ ộ ổ ị

ng lai) đ v n chuy n bùn cát s đ ể ể ậ ẽ ượ c công b trong t ố ươ

M i b n tính gián đo n c a dòng n đ nh đ c chia ra thành các ph n nh ạ ủ ỗ ả ổ ị ượ ầ ỏ

ự ậ h n, thành các kho ng ng n h n v th i gian đ máy tính tính toán s v n ề ờ ơ ể ả ắ ơ

chuy n bùn cát. Hec ras s d ng 3 b ử ụ ể ướ ả ổ c th i gian, đó là th i đo n dòng ch y n ờ ạ ờ

đ nh, th i đo n tính toán (computation increment) và b ị ạ ờ ướ ộ c th i gian xáo tr n ờ

(mixing time step)

Kho ng th i gian ch y n đ nh (flow duration)

ả ổ ị

ờ

ả

M t kho ng ch y n đ nh là b ả ổ ả ộ ị ướ ờ c th i gian. Nó đ trình bày kho ng th i ể ả ờ

gian mà có cùng chung l u l ng, nhi t đ , v trí, ho c l ư ượ ệ ộ ị ặ ượ ẳ ng bùn cát. Ch ng

c thu th p t ng ngày, thì kho ng th i gian h n nh n u d li u dòng ch y đ ữ ệ ạ ư ế ả ượ ậ ừ ả ờ

này s là 24 gi ẽ ờ ể ầ . Đ xác đ nh đúng v v trí, dòng ch y, th i gian, hay bùn cát đ u ề ị ả ờ ị

vào thì giá tr riêng bi ị ệ ể ặ t ph i th hi n cho c th i đo n đó mà đ l n đ đ t ể ệ ả ờ ủ ớ ạ ả

thông s cho toàn b ch y ch ng trình. ộ ạ ố ươ

Các kho ng th i gian tính toán (computational increment) ờ ả

c chia thành nhi u kho ng nh h n đ Trong m t kho ng th i gian đ ả ộ ờ ượ ỏ ơ ề ả ể

ộ tính toán. M t dù dòng ch y v n không đ i, đ a hình và các thông s th y đ ng ổ ủ ẫ ặ ả ổ ị

đ c c p nh t sau m i b ượ ậ ỗ ướ ậ c th i gian nh h n đó. N u kho ng th i gian tính đó ế ỏ ơ ả ờ ờ

quá dài thì hình d ng đáy sông không đ ạ ượ ậ c c p nh t đ và k t qu có th thay ế ậ ủ ể ả

đ i.ổ

B c th i gian xáo tr n c a đáy sông (bed mixing time step) ướ ộ ủ ờ

Cu i cùng thì kho ng th i đo n l i đ c chia nh h n thành các b ạ ạ ượ ả ố ờ ỏ ơ ướ c

th i gian thay đ i đáy sông. Trong su t th i gian c a b ủ ướ ổ ờ ố ờ c này thì đ sâu, thông ộ

s th y l c và s v n chuy n c a các c h t không đ i, thay vào đó là đ xói và ố ủ ự ể ủ ự ậ ỡ ạ ổ ộ

b i l ng trong su t th i gian này và có th gây s thay đ i d n t ồ ắ ổ ẫ ớ ự ồ ắ i s b i l ng ự ể ố ờ

c a các l p c a đáy sông (ví d nh l p ho t đ ng, l p b c hay c l p không ủ ớ ủ ạ ộ ư ớ ả ớ ụ ớ ọ

ho t đ ng). Các c h t theo ph c s p x p l ạ ộ ở ạ ươ ng th ng đ ng này đ ứ ẳ ượ ắ ế ạ ể ả i đ ph n

i vi c tăng hay gi m v t li u. T khi có s thay đ i c a l p ho t đ ng này h i l ồ ạ ổ ủ ớ ậ ệ ạ ộ ự ừ ệ ả

trong su t b ố ướ c th i gian hòa l n đáy sông, kh năng v n chuy n bùn cát cũng đã ả ể ẫ ậ ờ

thay đ i m c dù v đ ng l c h c và ti m l c v n chuy n v n gi nguyên. ể ẫ ự ậ ự ọ ề ộ ề ặ ổ ữ

Ph ng trình liên t c c a bùn cát ươ ụ ủ

Ph ươ ng trình này ch ra r ng thay đ i th tích bùn cát trong m t th ổ ộ ể ằ ỉ ể

tích kh ng ch (b i t hay gi m l ng bùn cát) t ng đ ng v i hi u s ế ồ ụ ố ả ượ ươ ươ ệ ố ớ

ng cát vào và ra. c a l ủ ượ

Ph ng trình này đ c gi ươ ượ ả ở i b i vi c tính l ệ ượ ố ng v n chuy n bùn cát su t ể ậ

trong th tích kh ng ch t ng ng v i m i m t c t. Dung l ng bùn cát trong ế ươ ể ố ặ ắ ứ ớ ỗ ượ

th tích này (A) đi ra so sánh v i l ơ ượ ể ố ng cung c p bùn cát đ a vào th tích kh ng ư ể ấ

ch (B) . N u l ng ra (A) l n h n l ng cung c p (B) thì gây thi u h t nên đáy ế ượ ế ơ ượ ớ ế ụ ấ

sông b xói. N u l ng ra (A) nh h n l ng c p (B) thì l ng th a bùn cát này ế ượ ị ỏ ơ ượ ấ ượ ừ

s gây nên b i l ng. ẽ ồ ắ

Tính năng l c v n chuy n ự ậ ể

Phía bên ph i c a ph ả ủ ươ ng trình liên t c là đ d c bùn các d c theo th ộ ố ụ ọ ể

ả tích kh ng ch (đ d c do dòng bùn cát vào và ra). Dòng bùn cát vào thì đ n gi n ế ộ ố ố ơ

là lo i bùn cát nh p vào trong th tích kh ng ch t c nó. ế ừ ể th tích kh ng ch tr ố ế ướ ể ạ ậ ố

T ng l ổ ượ ứ ng bùn l n nh t có th r i kh i th tích kh ng ch , tuy nhiên thì ch c ể ể ờ ế ấ ớ ố ỏ

năng c a l ng bùn cát này là n c có th di chuy n nó đi. Cái đó g i là năng ủ ượ ướ ể ể ọ

l c v n chuy n bùn cát, và đ ể ự ậ ượ ế ủ ừ c tính toán cho m i th tích kh ng ch c a t ng ể ỗ ố

c th i gian bed mixing. b ướ ờ

Các l p h t ớ ạ

ể Hec ras chia v t li u bùn cát ra thành nhi u ph n. V t li u v n chuy n ậ ệ ậ ệ ề ậ ầ

đ c n m trong 0.002mm và 2048 mm, đ c chia thành 20 thành ph n h t theo ượ ằ ượ ầ ạ

kích c . các thành ph n h t đ c m c đ nh d a vào tiêu chu n là l p trên g p 2 ạ ượ ầ ỡ ặ ị ự ẩ ấ ớ

l n l p d ầ ớ ướ ậ i nó. Hec ras s d ng ý nghĩa hình h c c a thành ph n h t (căn b c ọ ủ ử ụ ầ ạ

hai c a c n trên và c n d ủ ậ ậ ướ ủ i c a h t) đ bi u di n kích th ể ễ ễ ạ ướ ủ c c a h t.không ạ

hi uể

Ví dụ

ộ Năng l c v n chuy n b i tích là vi c đo đ t bao nhiêu v t li u c a m t ệ ậ ệ ủ ự ậ ể ạ ồ

c. Kh l p h t nào đó d ớ ạ ướ i đi u ki n th y đ ng h c có th v n chuy n đ ọ ể ậ ủ ề ể ệ ộ ượ ả

năng v n chuy n này đ ng trình v n chuy n bùn cát có ể ậ ượ c tính v i các ph ớ ươ ể ậ

trong ch ng trình. T đó, h u h t các ph ươ ừ ế ầ ươ ạ ạ ng trình này dùng cho m i lo i h t, ỗ

c h t nh d ng trình này nh dư 50 (hay h u h t có 2 lo i kích th ế ầ ạ ướ ư 50 và d90) , ph ạ ươ

c tính riêng l dùng đ c l p nhau cho m i lo i h t. Giá tr này, đ ỗ ạ ạ ộ ậ ị ượ ẽ ỗ cho m i

thành ph n h t mà không quan tâm đ n vi c nó n m đâu trong đáy sông, đ ế ệ ằ ạ ầ ượ c

g i là năng l c v n chuy n. Có 7 năng l c v n chuy n b i tích trong Hec ras. ọ ể ồ ự ậ ự ậ ể

Có hàng tá hàm v n chuy n đ c phát tri n. Vì v n chuy n bùn cát r t d ể ượ ậ ấ ễ ể ể ậ

thay đ i khi có chút sai khác, và xu h ng tính c a máy tính b i nh ng ph ổ ướ ủ ữ ở ươ ng

trình khác nhau thay đ i b i th t ổ ở ứ ự ủ ậ c a đ l n, ph thu c vào v t li u v n ộ ộ ớ ụ ệ ậ

chuy n nh th nào và đ ng l c h c so sánh các thông s này trong su t quá trình ự ọ ư ế ể ộ ố ố

v n chuy n bùn các. Kh năng l n nh t, m t hàm v n chuy n nên đ ậ ể ể ấ ậ ả ộ ớ ượ ọ c ch n

ph i g n đúng v i thông s c a b i l ng và th y l c sao cho phù h p v i bài ủ ự ả ầ ồ ắ ố ủ ớ ợ ớ

toán nh t. Ph ng trình th t s đ c dùng cho các ph ng pháp này có c th ấ ươ ậ ự ượ ươ ụ ể ở

Appendix E và trang E-37 đ n E-45. ế

Acker và White

Là hàm t i tr ng toàn ph n đ c phát tri n t s li u c a kênh d n n ả ọ ầ ượ ể ừ ố ệ ủ ẫ ướ c

mà có lo i b i tích đ ng nh t t đ t đ n đ t sét m n. Th y đ ng l c h c đ ạ ồ ấ ừ ấ ế ự ọ ượ c ủ ấ ồ ộ ị

ch n đ bi u di n cho h th ng đáy sông bao g m l p g n sóng cát, đ n cát, đáy ể ể ệ ố ụ ễ ọ ồ ớ ợ

l ng là hàm có v n t c tr sông b ng ph ng. Bùn cát l ẳ ằ ơ ử ậ ố ượ ậ t trong khi hàm v n

chuy n phù sa đáy là hàm ng su t ti p. ấ ế ứ ể

England Hansen

Ph ng trình v n chuy n t ng l ng bùn cát l y t s li u c a m t con ươ ể ổ ậ ượ ấ ừ ố ệ ủ ộ

0.19 đ n 0.93 mm đ c s d ng. Cái hay kênh. Cùng kích c cát g n nh nhau t ở ư ầ ừ ế ượ ử ụ

c a England Hansen là không ph i là m t hàm gì ph c t p. Chay vào đó nó là hàm ộ ủ ứ ạ ả

50 c a v t li u này. Nên đ a vào ch

quan h gi a v n tôc, ng su t đáy, và d ệ ữ ậ ứ ấ ủ ậ ệ ư ươ ng

trình riêng v i cát. ớ

Laursen Copeland

Cũng là hàm v n chuy n bùn cát t ng c ng mà ban đ u d a vào ph ổ ự ể ầ ậ ộ ươ ng

trình v kênh và m r ng sau đó b i Madden thì có bao g m s li u c a sông ố ệ ở ộ ủ ề ở ồ

Arkansas. Nó là hàm c b n v s v t quá ng su t ti p và t l ề ự ượ ơ ả ấ ế ỉ ệ ủ ậ ố c a v n t c ứ

đáy v i v n t c dòng ch y. Sau đó ông này t ng quát ph ớ ậ ố ả ổ ươ ể ng trình v n chuy n ậ

c dùng đ chia các đáy sông.(khong hi u) s i đ ỏ ượ ể ể

S khác bi t là v t li u bùn cát hòa vào bùn. Không có ch c năng nào khác ự ệ ậ ệ ứ

trong Ras đ c phát tri n cho kích th c c a bùn. Kh năng v n chuy n bùn các ượ ể ướ ủ ể ả ậ

đ c tính cho bùn, b i các hàm khác nhau, đ ượ ở ượ ắ c ngo i suy, nó không ch c ch n ạ ắ

đ tính hàm l ể ượ ng v n chuy n bùn cát. Công vi c c a Colorado đã ch ng mình ệ ủ ứ ể ậ

đ c r ng ph ng trình này đã làm t ượ ằ ươ ố ơ ầ t h n các hàm v n chuy n khác trong t ng ể ậ

đ t bùn. ấ

Meyer Peter Muller

Ph c s d ng r ng rãi nh t. nó ươ ng trình này là m t trong nh ng pt đ ộ ữ ượ ử ụ ấ ộ

đ n gi n là s ả ơ ử ụ d ng quan h ng su t ti p đáy đ n gi n(excess shear ế ệ ứ ấ ả ơ

relationship). nó gi i h n ph ng trình bùn cát đáy t ớ ạ ươ ừ ủ công th c th c nghi m c a ự ứ ệ

máng n c v i cát và s i d ướ ớ ỏ ướ i đi u ki n đáy b ng ph ng. h u h t s li u dùng ẳ ế ố ệ ề ệ ằ ầ

cho n n đ ng nh t b ng s i (t ấ ằ ỏ ươ ề ồ ng đ i) -MPM là ng d ng thành công nh t cho ụ ứ ấ ố

i v d đoán s v n chuy n v t li u m n. l p đá s i. nó có xu h ớ ỏ ướ ng n m d ằ ướ ề ự ể ậ ệ ự ậ ị

M i đây, Wong và Parker (2007) đã ch ng minh đ c r ng hàm này v ứ ớ ượ ằ ượ t

qua s ch n đoán v v n chuy n bùn cát, m t cách x p x , c hai y u t ự ẩ ề ậ ỉ ả ế ố ể ấ ộ ế . K t

lu n này không d a trên s li u m i nh ng trên s phân tích l ố ệ ự ư ự ậ ớ ạ ủ ế ả ố i c a k t qu g c

MPM. Đ ch ng t cho hàm nay, h vi t l ng trình sau: ể ứ ỏ ọ ế ạ i m t ph ộ ươ

Toffaleti

Là hàm v n chuy n bùn cát t ng c ng c a các thành ph n h t cát. Tuy ộ ủ ể ầ ạ ậ ổ

nhiên là hàm này đ c xem là hàm c a sông l n, vì th r t nhi u s li u th ượ ề ố ệ ế ấ ủ ớ ườ ng

l ng. Hàm này không ph thu c nhi u vào vân r t l n, cho h th ng bùn cát l ệ ố ấ ớ ơ ử ụ ề ộ

c t o thành t t c ---(shear velocity) hay l c ma sát đáy. Tuy nhiên thì nó đ ố ự ượ ạ ừ ự s

c a nhi t đ và kinh nghiêm mà mô t h i t ộ ụ ủ ệ ộ đ ả ượ c m i quan h gi a bùn cát và ệ ữ ố

đ t tr ng th y l c. ặ ư ủ ự

Đ ng đi r t khác bi t c a hàm này đã chia c t n c xu ng thành 2 vùng ườ ấ ệ ủ ộ ướ ố

ể và máy tính t p trung vào m i vùng v i phép g n đúng đ n gi n. V n chuy n ớ ầ ả ậ ậ ỗ ơ

c máy tách riêng bi t. Th t rõ ràng r ng v n chuy n bùn cát l c a m i vùng đ ỗ ủ ượ ệ ể ậ ằ ậ ơ

ng th ng đ ng chú tr ng vào l ng r t quan tr ng mà vi c phân ph i theo ph ử ệ ấ ọ ố ươ ứ ẳ ọ

c. Hàm này đ c s d ng thành công trong h th ng r ng nh Mississpi, c t n ộ ướ ượ ử ụ ệ ố ư ộ

…

50 và d65, trong s cự ố

Thêm vào đó, pt này dùng 2 kích th c h t khác nhau d ướ ạ

c a bùn t g ng xác đ nh s l ắ ố ượ ị ng v n chuy n ph thu c vào s chênh l ch t ộ ụ ự ể ệ ậ ừ ừ ủ

cát. Nó thêm ý nghĩa khi pt này đ ượ ố ậ ệ c dùng tính toán v n chuy n kh i v t li u ể ậ

tăng d n. Khi nó đ 50 và 65 cho l p đã ầ ượ ứ c ng d ng cho l p đ t riêng, nó s dùng d ấ ụ ẽ ớ ớ

cho.

Yang

ả Là pt v n chy n bùn cát d a vào v n chuy n c a “stream power”, s n ậ ự ủ ể ể ậ

ph m c a v n t c và l c ma sát đáy(shear stress). Hàm đ c ki m tra qua các ậ ố ủ ự ẩ ượ ể

dòng khác nhau và các d li u khác nhau. Pt này bao g m 2 quan h riêng bi ữ ệ ệ ồ ệ t

c a v n chy n cát và s i. Có s chuy n ti p gi a cát và s i th t m n đ tránh ể ủ ậ ự ữ ể ế ể ậ ỏ ỏ ị

hi n t ng không liên t c. ệ ượ ụ

Wilcock

Là ph ng trình bùn cát thi t k cho t n đ t ch a c cát l n s i. Ph ươ ế ế ứ ả ẫ ỏ ầ ấ ươ ng

pháp v n chuy n b m t d a vào lí thuy t v n chuy n ph thu c tr c h t vào ề ặ ự ế ậ ụ ể ể ậ ộ ướ ế

v t li u mà tr c ti p ti p xúc v i dòng ch y. Nó phát tri n d a trên c h t trên ậ ệ ở ạ ự ự ế ế ể ả ớ

b m t c a đáy kênh ho c sông. T đó, các c h t đáy sông này s ph n ánh ề ặ ủ ở ạ ừ ẽ ả ặ

thu c tính c a b m t đáy sông. ủ ề ặ ộ

S p x p và s tái t o l ắ ế ạ ạ ớ i l p bao ph ủ ự

Xói mòn cũng b gi i h n ị ớ ạ ngu n cung c p. Trong r t nhi u con sông đ ề ấ ấ ồ ượ c

ch nh dòng t t, thì thành ph n h t đáy sông đ c bao ph b i l p v t li u thô ỉ ố ạ ầ ượ ủ ỏ ớ ậ ệ

đ c g i là l p b c. L p này có th đ ượ ể ượ ạ c t o thành b i vi c bao b c n đ nh ệ ọ ổ ọ ớ ọ ớ ở ị

cu i dòng t hay s v n chuy n khác nhau c a các thành ph n h t m n. Đ c bi ủ ư ậ ể ầ ạ ặ ị ệ ở ố

c a đ p, h u h t các thành ph n ho t đ ng c a h t m n, trong khi các thành ạ ộ ủ ủ ế ầ ạ ậ ầ ị

ph n thô thì n đ nh và thu th p các v t li u h t n m sâu trên b m t t ch ạ ằ ở ậ ệ ậ ầ ổ ị ề ặ ừ ổ

khác v n chuy n t i. L p b c này cũng có th t o thành t ể ớ ậ ể ạ ớ ọ ừ ộ các l p di đ ng, m t ộ ớ

c s v n chuy n cân b ng. l p m i c a thành ph n h t thô đ đ t đ ớ ể ạ ượ ự ậ ớ ủ ể ằ ạ ầ

Trong tr ng h p khác thì c u t o c a m t l p b c có xu h ườ ấ ạ ộ ớ ủ ợ ọ ướ ả ng gi m

t ng l ổ ượ ể ậ ng v n chuy n vì thành ph n trên b m t, ch thành ph n có th v n ề ặ ể ầ ầ ậ ỉ

chuy n đ c mà nó cũng tr nên thô h n và khó v n chuy n h n. Đây cũng là s ể ượ ể ậ ở ơ ơ ự

h n ch c a năng l c v n chuy n. ạ ự ậ ế ủ ể

Đ tính đ c l p b c này, hai thu t toán đã dùng trong hec ras đ tính ể ượ ớ ể ậ ọ

đ ượ ự ắ ớ c s s p x p và l p bao b c. C hai đ u d a vào vi c chia đáy thành l p ự ế ề ệ ả ớ ọ

ho t đ ng và không ho t đ ng. M u ch t c a s khác bi t gi a hai l p này là: ố ủ ự ạ ộ ạ ộ ấ ệ ữ ớ

khi tính toán năng l c v n chuy n, b i vi c nhân kh năng v n chuy n ự ậ ể (transport ệ ể ậ ả ở

ầ potential) v i ph n trăm kích c h t (cái này thì d a vào s phân ph i thành ph n ở ạ ự ự ầ ớ ố

h t này trong l p ho t đ ng) ớ ạ ạ ộ

Exner 5

c thi Là thu t toán pha tr n 3 l p đáy sông, đ ộ ậ ớ ượ ế ế ể ệ ả t k đ tính cho vi c nh

ng c a s bao b c n đ nh. Thu t toán này đ h ưở ủ ự ọ ổ ậ ị ượ c phát tri n b i Tony Thomas ở ể

và là ph ươ ớ ng pháp m c đ nh trong Hec 6. Nó chia nh l p ho t đ ng thành l p ạ ộ ỏ ớ ặ ị

i m t đ t. S b i tích và xói mòn thay ch cho l p b c này. b c và l p ọ d ớ ở ướ ặ ấ ự ồ ỗ ọ ớ

ế ợ M t l n n a nh n m nh r ng tính toán năng l c b i tích d a vào vi c k t h p ự ồ ộ ầ ự ữ ệ ấ ằ ạ

l p b c l n l p d ớ ọ ẫ ớ ướ i m t (đ u là l p ho t đ ng). Khái ni m này đ ạ ộ ề ệ ặ ớ ượ ễ c bi u di n ề

b c nh sau: t ử ứ ả

N u l p b c này b làm thô đi, thì th tích bùn cát c a v t liêu m n h n s ể ủ ậ ế ớ ơ ẽ ọ ị ị

gi m đi vì nó s t o thành l ẽ ạ ả ượ ế ng nh h n trong l p ho t đ ng. Thêm vào đó, n u ạ ộ ỏ ơ ớ

cân n ng c a t ng này (c a l p ho t đ ng) gi m xu ng còn 2d (2 l n chi u sâu ạ ộ ủ ầ ủ ớ ề ầ ả ặ ố

c a m t l p b c thì qui lu t s p x p và bao b c (sorting and armoring rule) yêu ủ ậ ắ ộ ớ ế ọ ọ

ng c a l p ho t đ ng lên kh năng v n chuy n. c u gi m s nh h ầ ự ả ả ưở ạ ộ ủ ớ ể Theo qui ả ậ

i ta s ki m tra đ dày c a l p b c và khi nó đ t 50% c a 1d lu t m i này ng ớ ậ ườ ủ ớ ẽ ể ủ ạ ộ ọ

thì l p b c này b ho n toàn hòa tr n v i l p m t d i. t ộ ớ ớ ặ ướ Giá tr này, 50 %, ả ọ ớ ị ị giừ ả

thi ế ủ ị ả t c a Harrison khi ông tìm ra s cân b ng c a v n chuy n bùn cát b nh ủ ậ ự ể ằ

ng v i 40% l p b m t b bao ph trong thí nghi m c a ông. M t l p ph h ưở ề ặ ị ộ ớ ủ ủ ệ ớ ớ ủ

m i đ c t o ra ngay l p t c. ớ ượ ạ ậ ứ

Các l p đáy sông i thì ớ l p b c này là l p t m th i. Tuy nhiên, l p d ớ ớ ạ ờ ọ ớ ướ

c t o thành t không. Lúc đ u c a tr ng thái xáo tr n, l p d ạ ầ ủ i đ ớ ướ ượ ạ ộ ừ ậ ệ ủ v t li u c a

l p không ho t đ ng. V t li u nào n m trong vùng d ậ ệ ớ ạ ộ ằ ướ ớ ể i l p ph vào th i đi m ủ ờ

cu i c a tr ng thái xáo trôn thì đ c tr v cho l p không ho t đ ng. ố ủ ạ ượ ạ ộ ả ề ớ ế ớ N u l p

b c ch a b t kì bùn hay v t li u sét mà đ n t ọ ứ ấ ậ ệ ế ừ ậ vùng sâu h n l p đó (nghĩa là v t ơ ớ

li u m n không ph i là l p b i l ng mà đ c thêm vào l p ph khi l p d i hòa ồ ắ ệ ả ớ ị ượ ớ ướ ủ ớ

vào l p b c), các h t này cũng s tr v cho l p không ho t đ ng. Thêm vào đó, ẽ ả ề ạ ộ ạ ọ ớ ớ

ấ n u l p b c vào th i đi m cu i c a s xáo tr n nâng lên h n 0.6 m, thì v t ch t ế ớ ố ủ ự ể ậ ờ ọ ộ ơ

đó chuy n t l p b c thành l p không ho t đ ng đ l p b c đó gi m đi 0.06m. ể ừ ớ ạ ộ ể ớ ả ớ ọ ọ

T t c các v t li u chuy n sang l p không ho t đ ng thì hoàn toàn b xáo tr n. ậ ệ ạ ộ ấ ả ể ộ ớ ị

Quá trình b i l ng ồ ắ

Ph ươ ổ ng pháp duy nh t có giá tr cho s xói mòn hay b i l ng là thay đ i ự ồ ắ ấ ị

hình d ng b m t c a m t cát, các đi m trên m t c t s thay đ i. ề ặ ủ ặ ắ ẽ ổ Theo đó, m tộ ể ạ ặ

i đây. ví d c a m t m t c t b xói hay b i tích d ặ ắ ị ụ ủ ộ ồ ướ

*** CÔNG TRÌNH TRÊN MÔ HÌNH HECRAS ***

ử ử ố ọ ử ả ặ ắ C a tràn hay c a c ng trong HR có th s đ ng cho công trình d c theo m t c t ( ể ử ụ ng d c v i dòng ch y, c ng hay c a tràn hay k t inline) hay công trình có h ế ọ ớ ố ướ hình v h p c hai. Ví d nhu m t con đ p v i c a tràn và c ng trình xã n ố ạ ộ ợ ả c ướ ở ớ ử ẻ ụ

ướ ấ d i đ y.

ổ ượ ế ủ ậ c m ra v toàn b ph n tr n c a đ p ộ ầ ả ở c xác đ nh b i c ng xã n ị c. Trong ví d này có 15 c ng xác đ nh đ đ ơ ố ượ ụ ị ướ C a tràn(gated spillways) trong HR có th đ ử ư ộ ử ở ố ả ườ c mô hình nh m t cái c a ử ể ượ c g i là cánh c a cung tainter gates), c a van ph ng (sluice gates) ử ượ ọ ng trình dùng cho vi c m c ng có th s d ng trong c hai ươ ể ẳ ể ử ụ ở ế ử ủ ng trình dòng ch y trong ươ ươ ỉ ệ ậ ủ ử đ ng đi u ch nh ph ẽ ự ộ ề ậ ỉ ọ ạ ậ ạ ỉ ươ ả ng trình s t ủ ự ị ự ụ ọ ố ồ ủ ử ể ẳ ộ hình cung đ hay c a tràn. Ph ử ng h p ng p hay không ng p c a c a tràn. N u c a tràn m xa đ cao đ tr ậ ợ không b ng p, ch ị ậ ả ộ ở ử công đ tính toán th y l c. Đ nh đ p tràn (spillway crest) d c theo đ m c a ể c xác đ nh trong các hình d ng vòm khác, d ng đ p tràn đ nh c ng có th đ ể ượ ố ng trình này có kh năng tính toán c ch y t r ng, hay đ p tràn th c d ng. Ch ả ả ự ậ ộ do hay ch y ng p d c c ng. Hình 8.4 là m t bi u đ c a c a van ph ng và c a ử ậ van cung v i các d ng tràn khác nhau. ạ ả ớ

ơ ươ Có thê có h n 10 nhóm c a đ p có th đ a vào trong ch ử ậ ỗ ử ử ậ ể ư ơ ng trình ơ ể ộ ở ị ọ ả

ọ ệ ự c đ a vào v i m t d y các tr m và các cao ả t.. nó ho c liên k t v i l a ch n có ớ ọ ả ặ ộ ả ứ ạ các nhóm riêng bi do có th dùng t ể ậ ượ ư ơ ỉ ạ ậ ỉ ậ ủ ự ượ ậ ự ụ ề m i ở ỗ m t c t sông. M i nhóm c a đ p có th có h n 25 cái c a đang m . Đ xác đ nh ị ể ặ ắ ệ ố đ m c a c ng phai đ a cùng m t lo i c a, kích c , cao trình và có chung h s ạ ử ộ ơ ử ố ư ng. N u b t kì c a nào khác, k c vi trí đ a lí d c thêo dòng ch y, c a l u l ư ể ả ế ấ ư ượ ủ c ng ph i đ c đ a vào ở ả ượ ư ố V i đ p tràn ch y t ế ớ ự ả ự ớ ậ c a van. Dòng ch y trong đ p đ ạ ử i s d ng ph i trình d c theo dòng ch y, n i mà hình d ng c ng ph c t p. Ng ả ườ ử ụ ạ ố xác đ nh lo i đ p gì , tràn đ nh r ng, tràn th c d ng hay thành m ng. Ph n m m ề ị ầ ộ ỏ ự ụ h l u. Thêm vào đó, n u tràn có kh n ng t nh toán ng p cho m c n c d nh ế ả ẳ ự ướ ề ở ạ ư ố c thông s ng trình có th tính toán đ có hình d ng đ p th c d ng, thì ch ượ ể ươ ạ đ ng gi m xu ng c cho chi u cao tính toán. các thông s này s t th y l c đ ố ẽ ự ộ ả ố hay tang lên khi chi u cao th c cao h n hay h th p so v i chi u cao tính toán. ề ớ ạ ấ ơ ị ề ặ ắ ế ậ ầ ớ c yêu ặ ắ ớ ậ ồ ự Các v trí m t c t ( cross section Locations) V i các tuy n đ p và tuy n c a đ p tràn trong HR yêu c u cùng m t ộ ế ử ậ ng các m t c t v i các c u và công. B n m t c t lân c n công trình đ ượ ố ặ ắ ở ạ ng ngu n và 2 m t c t h ặ ắ công h l u t ở ạ ư ừ ộ ề ổ ồ ặ ắ ượ ộ ố ặ ắ i s d ng đ a đi u ki n biên ở ạ ư ẽ ư ệ ề ả ưở ế ồ ặ ườ ử ụ ố ủ ự ủ ả ự ướ ề ế c d nh), m t m t t k c a đ p) và m t m t đ xa ộ ạ ủ ạ ộ ả ắ ầ ị ạ ụ l ầ ượ c u cho m t mô hình hoàn ch nh, 2 m t c t th ỉ ầ ngu n. v t ng quát, luôn nên có thêm m t s m t c t thêm trình đó ( câu, c ng, tràn,..), ng h l u s không ố ặ ng đ n các thông s th y l c c a dòng ch y trong công trình. B n m t nh h ố ả cu i c t này bao g m: m t m t mà dòng ch y hoàn toàn kh ch tán di, m t m t ặ ở ố ộ ộ ắ cu i thuog l u h l u c a công trình ( nh v trí có m c n ư ạ ư ủ ặ ở ố ư ị ư ng l u ( đ i di n là v trí chiêu cao thi th ở ượ ế ế ủ ậ ị ệ mà dòng ch y b t đ u thay đ i. Chú ý là m t c t xung quanh công trình ph i có ả ổ th hi n hình d ng đ a lí kênh xung quanh c a đ p. sau đây là ví d minh ch ng ứ cho m t tuy n công trình đ p tràn k t h p v i c a van ậ ặ ắ ủ ậ ế ợ ớ ử ể ệ ộ ế

đi m mà ộ ặ ị ặ ắ ộ ử ộ ườ ng nh h ả ế ặ ắ m t cát m t cho tràn hay m t c a tràn nên đ nh v ị ở ể dòng ch y hoàn toàn khuêch tán hoàn toàn. Toàn b vùng m t c t m t thì th ộ ả ớ ả m t c t này s bi u di n cao trình m c n ự ướ c ễ ư ắ ẽ ể ậ ộ ở ặ ắ ằ ặ c tính toán ự ướ ặ ắ ủ h l u công trình. Hình d ng và v trí c a m t c t này ạ ặ ắ ủ ị

ỉ ở ạ ư d li u ị ả ẻ ừ ử ệ inline weir and gated spillway data. ượ ể nh h ạ ớ ạ ế ướ ị c b c dùng đ giioi h n vùng n ng đ c xung quanh hay g n v i c nh c a đ p. ủ ậ ầ ệ ng này dùng đ th hi n chính xác kho ng vùng làm vi c ả ả ướ ề ở ử ng r ng h n chi u r ng c a đ m c a c ng. M t c t 1 ả ng đ n dòng ch y. ưở ặ ắ ạ ư ủ ặ ắ m t cát 2 cách m t kho ng ng n so v i m t c t h l u c a M t c t 2 đ p. đuong m c n ậ d nh c a đ p. m t c t này không nên n m trong đ p, nh ng nó trình bày hình ủ ậ ề d ng v t lý c a kênh ch ậ ạ t c đ a vào riêng l đ ượ ư Vùng làm vi c không b nh h ệ ng c a m t c t 2 đ n vùng n ặ ắ ươ ủ ị ả ưở h l u công trình. ở ạ ư ọ ấ ả ẽ ắ ầ ườ ặ ắ ơ ủ ộ ở ử ố mc2 t ề ộ ả ủ ủ ừ ộ ỉ ệ ế i đây. Ta th y các v tí nh m kênh đ c th hi n b i các vòng tròn nh ả vùng không b nh h ho t đ ng Thi ạ ộ ế ậ ng này r t quan tr ng trong vi c tính toán chính xác n h ưở ệ 2. b i vì dòng ch y s b t đ u kh ch tán ở ế đ ng c a m t c t 2 thì th ộ ộ r ng c a vùng ho t đ ng s ph thu c vào kho ng cách t ạ ộ ộ ẽ ụ T ng quát, k t lu n h p lí nh t s là t l ợ ậ ổ v d ấ ẽ ướ ưở ướ ể ể ệ ả ị ả t l p hính xác kho ng dòng ch y b nh ặ ắ c d nh c a m t c t ủ ạ c a tràn, nên vùng làm vi c ho t ệ chi uề i công trình. ớ 1:1 cho kho ng cách ng n này. Hình ắ ỏ ả ể ệ ở ấ ẽ ố ượ ị

ị ả ủ ưở ng này th hi n b i các tam ể ệ ở và các tram và cao trình c a vùng không b nh h giác. M t c t 1 và 2 đ c xác đ n đ t o m t đo n kênh h l u c a công trình ặ ắ ượ ạ ộ ị ể ạ cái mà HR dùng đ tính chính xác t n th t do ma sát và t n th t do m r ng. ấ ạ ư ủ ấ ở ộ ể ổ ổ

ế ử ượ ặ ắ m t c t 3 c a tuy n tràn và c a van đ ị ậ c xác đ nh ạ kho ng ả ủ ơ ấ ủ ng l u c a tràn, và nó trình bày hình d ng v t ch t c a ư ủ c tính toán c a m t c t này trình bày cao trình th ượ ng ầ ủ ề ặ ắ ượ ng l u. M t n ặ ướ ử ể ễ ả ế ấ c xác đ nh ố ệ ử ị M t c t 3 cách ng n so v i th ớ ắ kênh th ặ ắ ư ượ do và c a van. Ph n m m s d ng s k t h p c a s li u c a l u c a tràn t ư ế ợ ủ ố ệ ủ ử ụ ự ư ủ ề k t c u công trình và n n đ p, m t c t 3, và s li u c a van tràn, đ di n t ặ ắ ố ệ ử ậ các tr m tên ng đ p. tuy n công trình và s li u c a van đ đ ạ ở ượ ắ ườ sông gi a m t c t 2 và 3. ế ặ ắ ể ớ ạ ự ả ượ

ị ả c dùng đ trình bày m t kho ng chính xác vùng n c dùng đ gi i. vùng không b nh h c

ữ Các vùng không làm vi c c a HR đ ặ ắ ộ ệ ộ ở ộ ướ ộ ng ưở i h n s nh h ả ng b i dòng ch y ơ ưở th ng l u đ p. b i ở ướ ở ượ ư ậ c ướ ở ặ ắ m t c t 3 c này s ph thu c vào ẽ ụ ậ ng l u công trình. T ng quát, k t lu n ườ ả ộ ế ượ ư ổ ệ ủ c a dòng ch y c a m t c t 3 cho t ả ủ ớ ủ đ ể ả ượ vì khi dòng ch y b thu h p đ t ng t, khi m cua van, vùng n ả ị ng r ng h n b r ng c a c a. b r ng cua vùng n th ề ộ ủ ử ơ ề ộ kho ng cách m t c t 3 so v i b m t th ặ ắ ớ ề ặ h p lí s là t l co h p 1:1. Sau đây là hình v minh h a. ẽ ợ ỉ ệ ẻ ẹ ọ

M t c t 4 ặ ắ m t c t cu i cùng c a tuy n công trình tràn và c ng. Nó đ ủ ế ố ặ ắ ơ ưở ị ả ể ị ở ộ ả ng đ ượ c ẹ ủ ng b i s thu h p c a co h p 1:1. Hay nói cách

m t đi m n i mà dòng ch y không b nh h c tính theo t l ỉ ệ ườ ủ ượ trung bình c a dòng chay b thu h p khi c a van m th ị ố ở ự ẹ ở ườ ỉ ệ ủ

ướ c xem là có tác đ ng nh h ả ng đ n dòng ch y. ng là 1 m ng cùng chi u v i dòng ch y. Toàn b di n tích ộ ệ ả ưở ẹ ề ớ ả ộ ế ng ngang cho m i mét h ượ ườ ẹ xác đ nh c ng trình. Kho ng cách này th ả ổ khác, t l h ỗ ướ ng đ c a m t c t 4 th ặ ắ ủ H s m r ng và co h p Ng ơ ộ ẹ ấ ổ ượ ở ố ư ng và h l u đ p. NH ng t n th t này đ ữ ớ ở ặ ắ ữ ươ ố ủ ự ổ ấ ậ ố N u v n t c này tăng lên theo h ệ ố ở ộ i s d ng đ a ra thông s th y l c t n th t do thu h p và m r ng ườ ử ụ c tính b i vi c nhân các thông s ệ ượ ạ ư ậ ng v n t c gi a hai m t c t trên. ệ ng h l u, thì s d ng thông s thu ử ụ ạ ư ư ả ị th này v i chênh l ch bình ph ế ậ ố ạ ố ủ ạ ấ ằ ị ố ụ ở ộ ng mát đi nhi u nh t ướ ở ộ ng 3 c a manu. Nó nh n m nh b i giá tr r i, s m r ng gây m t năng ở ở ng nhi u h n là thu h p. Và năng l ượ ấ các v trí m ị ấ ở ề ề ơ ố h p. Khi v n t c này gi m thì dùng m r ng. L u ý r ng giá tr này trong ẹ ch ươ l ượ ẹ r ng và thu h p đ t ng t. ẹ ộ ộ ộ ử ủ ả ả ử c, ch ươ ậ ở ủ ở ớ ộ ử ụ ậ ử

ẽ ộ ng trình ch y qua đ p tràn. Khi chi u cao m c n c l n h n 1.25 l n đ cao m c ng (ví d nh t ụ ư ạ ự ướ ư ở ổ ề ầ ậ ề ả ớ ả ư ố Các thông s th y l c d c theo c a van c a tràn ố ủ ự ọ tr Nh đã nói t ng trình này có kh năng tính cho c c a van ừ ướ ư ươ ể cung và c a van ph ng. Ph ng trình s d ng trong mô hình m c a van có th ử ẳ ng h p ng p hay không ng p. Khi c a van m v i đ cao van cao tính v i tr ợ ớ ườ ng trình s coi nó nh dòng chay trong c a c ng. ng l u ch th h n cao trình ử ố ươ ư ở ượ ơ ưở Khi cao trình m c n ng i ng ơ ư ướ ớ ng tràn) thì dùng ph ượ c th ả ươ ể l u n m trong 1 đ n 1.25 so v i chi u cao m van dòng ch y trong vùng chuy n ở ớ ế ư ằ ng trình tính v i c hai ph ti p gi a dòng ch y qua c ng và qua tràn. Ch ươ ng ươ ả ế trình và khi đó dùng phép trung bình tuy n tính c a hai giá tr ị ủ ế

ộ ố ả ặ ướ ư ư ằ ế ể ặ ng trình ng l u cu i cùng cho quá ượ ỏ ơ ng l u b ng ho c nh h n ươ ớ ề c ch y qua c ng (dùng m t quá trình l p đ ch a k t qu cao trình th ể ứ ế ặ c th trình chuy n ti p). Khi chi u cao c a m t n ượ ủ ề 1 so v i chi u cao m van, thì dòng ch y s chuy n sang dùng ph ể ả ẻ ở n ướ ả ố

ươ

i trog m c đ nh Hecras thay cho 0) ớ ử ạ ặ ị ở ổ ng l y 0.72(nh s a l ng trình tính Ph Q= C g2 .W.TTE.BBE.HHE Trong đó ng (0.6-0.8) C h s l u l ệ ố ư ượ W chi u r ng c a van ử ề ộ TE l y kho ng 0.16 (nh s a l ấ ả B chi u cao m c ng ề BE s m m c ng , th ố ủ ở ổ ườ ớ ử ạ ấ i trog m c đ nh Hecras ặ ị thay cho 1) H chi u cao c t n c th ng l u (cao trình c t n c tr cao trình ộ ướ ượ ộ ướ ư ừ ề ng tràn) ng ưỡ HE s m chi u cao, th ng l y 0.62 (nh s a l ố ủ ề ườ ớ ử ạ ấ i trog m c đ nh Hecras ặ ị thay cho 0.5)