
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
348
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỘT NƯỚC TRÀN
ĐẾN HỐ XÓI SAU ĐÊ BIỂN DO SÓNG THẦN GÂY RA
Đoàn Văn Bình
Cơ sở 2 - Đại học Thủy lợi, email: binhdv@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Sóng thần là một trong những thảm họa
thiên nhiên đáng sợ nhất mà con người từng
phải gánh chịu. Sóng thần được gây ra bởi
trận động đất 9.0 độ Richter vào năm 2011
đã cướp đi sinh mạng của hàng trăm nghìn
người cùng với một lượng lớn nhà cửa và
tài sản của người dân [Tanaka và cộng sự,
2012]. Với cột nước lớn, sóng thần có khả
năng chảy tràn qua các đê biển được xây
dựng trước đó. Khi bị chảy tràn, phần đất
phía sau đê có nguy cơ bị xói và điều đó
dẫn đến đê sẽ có nguy cơ mất an toàn.
Trong quá khứ chiều cao của đê biển phải
được chọn sao cho mực nước không thể tràn
qua đê để đảm bảo an toàn. Tuy nhiên, quan
điểm thiết kế hiện nay đã có sự thay đổi. Cụ
thể là đê phải cao hơn mực nước cao nhất
theo tần suất thiết kế (cao trình bảo vệ)
nhưng nên thấp hơn mực nước do các con
sóng thần (hoặc nước dâng do bão) lớn gây ra
(cao trình giảm nhẹ thiệt hại) nhằm giảm chi
phí xây dựng đê.
Hố xói phía sau công trình thủy lợi (đập
tràn, đập dâng, cống...) đã được nhiều nhà
khoa học nghiên cứu. Điển hình là Bormann
và Julien (1991) dựa vào lý thuyết khuyết tán
và quỹ đạo của dòng tia và sự ổn định của vật
liệu làm đập để đưa ra một bộ công thức bán
kinh nghiệm để tính chiều sâu hố xói. Các
công thức này đã được kiểm nghiệm bằng
các thí nghiệm có tỷ lệ mô hình từ nhỏ
đến lớn.
Rỏ ràng rằng hố xói sau đê biển nới riêng
và các công trình thủy lợi nói chung phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cột nước
tràn qua đê có ý nghĩa quan trọng đến kích
thước của hố xói sau đê. Tuy nhiên chưa có
nhà khoa học nào nghiên cứu ảnh hưởng của
cột nước tràn đến kích thước hố xói. Vì vậy
vấn đề đó sẽ được phân tích trong nghiên
cứu này.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của cột nước
tràn đến kích thước hố xói sau đê được phân
tích dựa trên kết quả thí nghiệm mô hình vật
lý. Mô hình đê biển được thiết lập trong một
máng thí nghiệm có chiều dài 4m, chiều rộng
0.4m và chiều cao 0.5m trong phòng thí
nghiệm thủy lực thuộc trường đại học
Saitama, Nhật Bản (hình 1). Bề mặt của đê
được làm bằng gỗ để tập trung vào nghiên
cứu xói sau đê. Đê có chiều rộng, b, bằng
chiều rộng của đoạn kênh phía sau đê, B,
bằng 0.4m. Độ dốc mái đê hạ lưu là 1.0:3.0
(0.333 rad).
Phía sau đê là lớp đất có đường kính trung
bình 4.47mm và khối lượng riêng là 2,650
kg/m3 được đặt từ chân đê trở ra (hình 1). Để
mô phỏng lớp đất giống như trong điều kiện
tự nhiên, phía cuối lớp đất được đặt một tấm
chắn để giữ đất không bị trượt do dòng thấm
gây ra (đường màu đen đậm trong hình 1).
Chiều cao đê, H, thay đổi từ 0.04 đến 0.12m.
Cuối phần mô hình thí nghiệm, nước chảy tự
do vào bể chứa nước.