Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tác động của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến sự biến đổi dòng chảy, bùn cát, lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch trên sông Cửu Long

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

234
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc định hướng các giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch đơn; nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy lực dòng chảy và diễn biến hình thái ở đoạn sông phân lạch đơn, làm cơ sở đề xuất kỹ thuật nạo vét và khai thác cát hợp lý, hiệu quả và đảm bảo sự ổn định chung cho toàn đoạn sông.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tác động của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến sự biến đổi dòng chảy, bùn cát, lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch trên sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM  HỒ VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY, BÙN CÁT, LÒNG DẪN Ở ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH TRÊN SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 62–58–02–02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2015
Công trình được hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Lê Mạnh Hùng 2. PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Trung Việt Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đình Lương Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội vào hồi .…. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Hà Nội - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
1 MỞ ĐẦU 0.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Trên các sông vùng ĐBSCL hiện có rất nhiều đoạn sông phân lạch, những biến đổi về dòng chảy và diễn biến hình thái của chúng đã gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới đời sống, môi trường của người dân trong vùng. Điển hình nhất là các đoạn phân lạch khu vực cù lao Ông Hổ (sông Hậu), cù lao Long Khánh (sông Tiền), cù lao An Bình (sông Cổ Chiên), cù lao Đồng Phú (sông Tiền),… Trong những năm qua, biến động lòng dẫn và sự phát triển mạnh của lạch chính trên các đoạn sông này làm xói sâu lòng dẫn và thường xuyên gây sạt lở, nhiều nhà cửa, đường giao thông, công trình và cơ sở hạ tầng ven sông bị sụp đổ xuống sông, gây ra các thiệt hại rất nặng nề. Ngược lại, trên các lạch phụ, hiện tượng bồi lấp và hình thành các cù lao, bãi nổi mới gây tắc nghẽn thoát lũ, cản trở giao thông thủy, ngập lụt, ô nhiễm môi trường và về lâu dài có nguy cơ sẽ bị lấp lạch. Ở Việt Nam mặc dù hoạt động khai thác cát trên sông, nhất là khai thác cát ở các đoạn sông phân lạch đang rất sôi động, song cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của hoạt động khai thác cát tới chế độ thủy động lực dòng chảy, bùn cát, để phục vụ cho việc chỉnh trị ổn định lâu dài đoạn sông phân lạch. Với yêu cầu của thực tiễn cần ổn định các đoạn sông phân lạch, cũng như nhu cầu về khai thác cát để phục vụ các ngành kinh tế xã hội. NCS đã lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu tác động của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến sự biến đổi dòng chảy, bùn cát, lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch trên sông Cửu Long” mong muốn sẽ đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào lĩnh vực chỉnh trị sông, mà cụ thể là khai thác cát kết hợp với nạo vét để chỉnh trị đoạn sông phân lạch ở vùng ĐBSCL. 0.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Hình thái dòng sông là sản phẩm của quá trình tương tác giữa dòng chảy và lòng dẫn, với yếu tố trung gian là các quá trình vận chuyển và phân bố bùn cát. Nếu một trong những yếu tố trên thay đổi thì sẽ gây hiệu ứng làm thay đổi các yếu tố khác. Khi khai thác cát kết hợp với nạo vét lòng sông ở đoạn sông phân lạch sẽ làm thay đổi hình dạng, kích thước mặt cắt,… và như vậy tỷ lệ phân lưu dòng chảy, chế độ thủy lực, bùn cát của đoạn sông phân lạch sẽ bị thay đổi theo. Luận án sẽ nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố dòng chảy, yếu tố bùn cát với các đặc trưng hình thái của lòng dẫn trong điều kiện có sự ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát. Đây là một vấn đề mới, ở Việt Nam hiện chưa có đề tài luận án nào đi sâu nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát vào các lạch của đoạn sông phân lạch. Qua đó xác định được quy mô khai thác cát, kết hợp nạo vét chỉnh trị nhằm điều hòa dòng chảy, ổn định lòng dẫn cho đoạn sông. Đề tài nghiên cứu đề cập tới vấn đề khai thác tài nguyên thiên nhiên (cát sông) kết hợp nạo vét, tạo lòng dẫn thông thoáng, đáp ứng yêu cầu thoát lũ, giao thông thủy,... Đồng thời giữ ổn định cho đoạn sông phân lạch (đoạn sông thường không ổn định, luôn có sự tranh chấp giữa lạch chính và lạch phụ) là hết sức có ý nghĩa về mặt khoa học và mang tính ứng dụng thực tiễn cao.
2 0.3. MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN  Mục đích nghiên cứu 1- Nghiên cứu mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn. Từ đó làm cơ sở khoa học cho việc định hướng các giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch đơn. 2- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy lực dòng chảy và diễn biến hình thái ở đoạn sông phân lạch đơn, làm cơ sở đề xuất kỹ thuật nạo vét và khai thác cát hợp lý, hiệu quả và đảm bảo sự ổn định chung cho toàn đoạn sông.  Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết lập các công thức cơ bản mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với các yếu tố đặc trưng thủy lực, đặc trưng hình thái của đoạn sông phân lạch đơn. - Phân tích và xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa các đặc trưng thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của các đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long. - Tính toán và đánh giá ảnh hưởng của việc nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch, sự thay đổi về chế độ thủy lực, bùn cát và hình thái của các đoạn sông phân lạch đơn. - Nghiên cứu các giải pháp, phương án nạo vét khai thác cát hợp lý, kết hợp với chỉnh trị để ổn định lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch đơn. 0.4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN - Đối tượng nghiên cứu của luận án là các sông phân lạch ở vùng ĐBSCL, tập trung nghiên cứu tại một số đoạn phân lạch điển hình và là các trọng điểm khai thác cát trên sông Tiền và sông Hậu. - Luận án chỉ tập trung nghiên cứu về sự biến đổi của các yếu tố dòng chảy, bùn cát và lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn do ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát. 0.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Luận án đã sử dụng tổng hợp một số phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp kế thừa để thu thập các tài liệu, số liệu cơ bản, hệ thống hóa và xử lý các kết quả nghiên cứu có liên quan ; Phương pháp điều tra khảo sát thực địa nhằm bổ sung các tài liệu, số liệu mới, tình hình hiện trạng của các đoạn sông phân lạch để phục vụ công tác nghiên cứu, phân tích và kiểm tra kết quả tính toán ; Phương pháp chỉnh lý và phân tích số liệu thực đo ; Phương pháp mô hình toán và mô hình vật lý ; Phương pháp chuyên gia để tham vấn ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong từng nội dung nghiên cứu của luận án. 0.6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1- Xây dựng được công thức lý thuyết và các công thức thực nghiệm ở dạng rút gọn có thể sử dụng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β), tỷ lệ phân chia bùn cát (S) vào các lạch cho đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long dựa trên các thông số cơ bản về lòng dẫn (chiều rộng B, độ sâu H, chiều dài lạch L và diện tích mặt cắt ướt A) của đoạn sông. 2- Xây dựng được biểu đồ quan hệ để đánh giá hiệu quả của việc nạo vét nhằm điều chỉnh tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông phân lạch đơn ở vùng ĐBSCL. 3- Xác định được mức độ, phạm vi, vị trí khai thác cát tối ưu và đề xuất các giải pháp chỉnh trị thích hợp cho đoạn sông phân lạch đơn khu vực thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.
3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÁC ĐỘNG CỦA KHAI THÁC CÁT VÀ CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHAI THÁC CÁT Cát sỏi lòng sông là một dạng tài nguyên khoáng sản của mỗi quốc gia, đó là nguồn vật liệu chính trong xây dựng cơ sở hạ tầng, san lấp mặt bằng, chế tạo thủy tinh, trang trí mỹ thuật,… Tùy theo trữ lượng cũng như nhu cầu khai thác sử dụng nguồn tài nguyên này ở mỗi quốc gia, mà vấn đề khai thác cát và nghiên cứu về những ảnh hưởng của khai thác cát được quan tâm theo các mức độ rất khác nhau. Ở các nước phát triển như Mỹ, Châu Âu, Úc, do đã có thời gian dài nghiên cứu và hoàn thiện kỹ thuật, công nghệ, nên việc quản lý và khai thác cát được tiến hành rất quy củ, bài bản. Nghiên cứu ảnh hưởng của khai thác cát ở Việt Nam thực tế mới được quan tâm khoảng hơn 10 năm trở lại đây, tức là từ khoảng năm 2000 tới nay. So với các nghiên cứu khác thì các nghiên cứu về khai thác cát và những ảnh hưởng của nó không nhiều lắm, có thể tổng hợp thành một số hướng nghiên cứu như sau: - Nghiên cứu đánh giá về tình hình khai thác cát và ảnh hưởng của khai thác cát tới môi trường sinh thái chung. - Nghiên cứu tác động của khai thác cát tới chế độ thủy động lực lòng dẫn của đoạn sông. - Nghiên cứu cơ chế chính sách và các quy định cho việc khai thác cát để giảm thiểu các tác động bất lợi. Hướng nghiên cứu thứ nhất có số lượng nhiều nhất. Hướng nghiên cứu thứ hai mang tính chuyên môn sâu của lĩnh vực động lực sông có số lượng nghiên cứu rất ít và kết quả mang lại còn hạn chế. Trên cơ sở của hai hướng nghiên cứu trên, các nhà quản lý đề xuất các quy trình, quy định, chính sách cho hoạt động khai thác cát. 1.2. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về sông phân lạch trên thế giới Cho đến nay hầu hết các nghiên cứu cơ bản, chuyên sâu về sông phân lạch chủ yếu tập trung ở một số nước phát triển như: một số nước Âu Mỹ, Trung Quốc và Liên Xô trước đây. Ngoài ra các nghiên cứu về chỉnh trị sông phân lạch chủ yếu được thực hiện ở những nước có nhiều sông phân lạch, phát sinh nhiều vấn đề thực tiễn do ảnh hưởng của sông phân lạch như Trung Quốc, Ấn Độ, Sri Lanka,... Hiện có 3 hướng nghiên cứu chủ yếu về sông phân lạch là: (1) Dựa vào chế độ thủy động lực dòng chảy của đoạn sông để nghiên cứu, dự báo biến động sông phân lạch. (2) Dựa vào các yếu tố hình thái để nghiên cứu, dự báo diễn biến hình thái sông phân lạch. Hai hướng nghiên cứu trên sẽ là cơ sở cho hướng nghiên cứu thứ ba (có thể nghiên cứu kết hợp cả 2 hướng trên), đó là: (3) Nghiên cứu chỉnh trị đoạn sông phân lạch. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về sông phân lạch ở Việt Nam Nghiên cứu về động lực học dòng sông ở Việt Nam nói chung, chỉ bắt đầu được quan tâm, phát triển từ sau khi giải phóng miền Bắc 1954. Mặc dù trên các hệ
4 thống sông lớn ở Việt Nam như sông Hồng - Thái Bình, sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia - Thu Bồn, sông Cửu Long, sông Sài Gòn - Đồng Nai,... có rất nhiều đoạn sông phân lạch, song cho đến nay những nghiên cứu cơ bản liên quan tới vấn đề này còn rất ít. Những năm gần đây do yêu cần cấp thiết của thực tế đã xuất hiện một số nghiên cứu ứng dụng để phục vụ việc chỉnh trị, giữ ổn định cho một đoạn sông phân lạch cụ thể. 1.3. NHẬN XÉT CHUNG VỀ CÁC THÀNH TỰU VÀ TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU SÔNG PHÂN LẠCH VÀ KHAI THÁC CÁT 1.3.1. Các thành tựu nghiên cứu đạt được Hiện nay, các nghiên cứu về khai thác cát và ảnh hưởng của nó được quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam, vì ở đó nhu cầu khai thác cát phục vụ phát triển KTXH tăng cao và vì vậy ảnh hưởng của các hoạt động khai thác cát tới môi trường tự nhiên và xã hội cũng hết sức phức tạp và đây là một vấn đề rất nóng ở các quốc gia này. Đối với sông phân lạch, mặc dù các nghiên cứu chưa có nhiều và chưa sâu do tính chất phức tạp của nó, song các nghiên cứu về sông phân lạch cũng đã đạt được những thành tựu khoa học nhất định. Trong 3 hướng nghiên cứu chính về sông phân lạch là: Nghiên cứu về chế độ thủy động lực dòng chảy; Nghiên cứu về hình thái và diễn biến hình thái; Nghiên cứu chỉnh trị sông phân lạch thì hướng thứ hai và hướng thứ ba đã đạt được nhiều thành tựu hơn cả. Những nghiên cứu mang tính cơ sở về sông phân lạch đã được các nhà khoa học Âu Mỹ, Nga, Trung Quốc đưa ra từ nửa cuối của thế kỷ trước và tập trung nhiều vào nghiên cứu hình thái. Từ đó đặt nền móng cho các nghiên cứu sâu hơn, rộng hơn sau này. Nghiên cứu về sông phân lạch ở Việt Nam trong vài chục năm gần đây cũng đã thu được những thành tựu đáng khích lệ, nhất là các nghiên cứu về chỉnh trị sông phân lạch. Những công trình chỉnh trị sông phân lạch ở miền Bắc và trên sông Cửu Long trong thời gian qua mặc dù là các công việc khó khăn phức tạp, song ở một số khu vực trọng điểm chúng ta cũng đã chỉnh trị ổn định được đoạn sông. Thành công lớn nhất trong nghiên cứu chính là từ các nhiệm vụ cụ thể đã thu được nhiều kinh nghiệm quý báu về chỉnh trị sông phân lạch. 1.3.2. Những vấn đề tồn tại (liên quan đến nội dung luận án) Trong các nghiên cứu về sông ngòi, thì những nghiên cứu về sông phân lạch đến nay vẫn còn ở mức độ khiêm tốn so với sông đơn dòng. Vấn đề tương tác động lực giữa hai nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát của các phân lạch vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu, làm rõ. Đối với các nghiên cứu về khai thác cát và ảnh hưởng của khai thác cát cho đến nay còn mang nhiều tính định tính hơn là định lượng chi tiết. Trong khai thác cát khoa học, cần nghiên cứu sự ổn định đoạn sông với các quan hệ hình thái, dòng chảy được xác định là tiêu chuẩn để từ đó định hướng cho khai thác cát thực hiện theo các tiêu chuẩn này. Như vậy vừa đạt được mục tiêu chỉnh trị ổn định đoạn sông, vừa đạt được mục tiêu khai thác cát và lớn hơn cả là hạn chế tới mức tối đa những tác động bất lợi của khai thác cát gây ra đối với dòng sông. Từ các vấn đề tồn tại đối với việc khai thác cát, mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định là việc nghiên cứu gắn kết giữa vấn đề chỉnh trị lòng dẫn để ổn định đoạn sông phân lạch với việc khai thác cát hợp lý nhằm khắc phục những bất cập về khai thác cát hiện nay.
5 1.4. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1.4.1. Xác định các vấn đề nghiên cứu Luận án nghiên cứu những vấn đề sau: 1- Nghiên cứu các đặc trưng về dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch. Trong đó đi sâu tìm hiểu và xây dựng mối quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với các yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái của đoạn sông phân lạch đơn (đoạn sông chỉ có 2 lạch) từ việc phân tích, chỉnh lý số liệu thực đo. 2- Nghiên cứu sự biến động về chế độ thủy lực dòng chảy, diễn biến lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch đơn do ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát, bằng việc tính toán mô phỏng trên mô hình toán và phân tích kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý. 3- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tiễn để tính toán và đề xuất phương án khai thác cát hợp lý, kết hợp được giữa khai thác cát và nạo vét chỉnh trị lòng dẫn để ổn định lâu dài cho một đoạn sông phân lạch đơn điển hình trên hệ thống sông Cửu Long. 1.4.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Luận án sẽ lấy đoạn sông phân lạch đơn làm đối tượng nghiên cứu và chỉ hạn chế khu vực nghiên cứu là sông phân lạch đơn tại các khu vực ít ảnh hưởng của thủy triều ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Luận án chỉ nghiên cứu các mối quan hệ của dòng chảy một chiều từ thượng lưu về hạ lưu (dòng chảy theo chiều dương +) và không xét đến các ảnh hưởng của dòng triều trong khu vực nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu về các giải pháp nạo vét và khai thác cát được đề xuất trong luận án chỉ tập trung phân tích, đánh giá về hiệu quả kỹ thuật và không đề cập sâu về hiệu quả kinh tế xã hội của giải pháp. 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Qua phân tích tổng quan các thành tựu nghiên cứu về sông phân lạch và khai thác cát ở trong và ngoài nước, có thể rút ra các kết luận sau: Nghiên cứu về sông phân lạch đã đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu cơ bản, cũng như nghiên cứu ứng dụng. Nhiều công thức cơ bản, quan hệ thực nghiệm về sông phân lạch đã được thiết lập và là tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng thành công đối với các công trình chỉnh trị thực tế. Tuy nhiên các vấn đề về tương tác động lực giữa các nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát của đoạn sông phân lạch nói chung và đoạn sông phân lạch đơn nói riêng vẫn chưa được làm rõ và cần được tiếp tục nghiên cứu. Những nghiên cứu về khai thác cát đã được ứng dụng vào thực tiễn làm cơ sở khoa học để xây dựng các quy trình, quy phạm kỹ thuật phục vụ công tác quản lý và cấp phép khai thác cát. Nhưng hầu hết các nghiên cứu này mới chỉ đề cập đến ảnh hưởng của khai thác cát đối với các vấn đề môi trường, xã hội và còn ít các nghiên cứu chuyên sâu về tác động của KTC đến sự biến đổi chế độ thủy lực dòng chảy, bùn cát và diễn biến hình thái của đoạn sông. Trên cơ sở phân tích, đánh giá các thành tựu và những tồn tại có liên quan đến đề tài luận án. NCS đã xác định được vấn đề, phạm vi và đối tượng nghiên cứu của luận án. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu sẽ được trình bày trong Chương II của luận án.
6 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC, HÌNH THÁI CƠ BẢN 2.1.1. Định nghĩa và phân loại đoạn sông phân lạch Những đoạn sông mà dòng chảy tách, nhập thành nhiều lạch bởi các cồn bãi bồi tụ trong lòng dẫn được gọi là sông phân lạch, để thuận lợi cho việc nghiên cứu thường phân loại sông phân lạch như sau: - Theo số lạch (số nhánh sông): Theo cách phân loại này có đoạn sông phân lạch đơn, phân lạch kép và đa lạch. - Theo mức độ ổn định: Có đoạn sông phân lạch ổn định tương đối và đoạn sông phân lạch rất không ổn định. Ngoài ra, còn dựa trên hình dạng mặt bằng đoạn sông phân lạch để phân ra đoạn sông phân lạch thẳng cân đối và đoạn sông phân lạch cong, lệch. 2.1.2. Các yếu tố thủy lực, hình thái đặc trưng của đoạn sông phân lạch đơn Hình dưới đây mô tả mặt bằng, mặt cắt ngang và các yếu tố đặc trưng thủy lực, hình thái lòng dẫn của một đoạn sông phân lạch đơn. Hình 2-1. Mô tả mặt bằng và mặt cắt ngang đoạn sông phân lạch đơn. Trong đó mặt cắt I-I là mặt cắt lòng dẫn đoạn sông trước phân lạch, mặt cắt IV-IV là mặt cắt hợp lưu sau phân lạch, mặt cắt II-II trên lạch chính, với lưu lượng dòng chảy Q1, mặt cắt III-III trên lạch phụ, với lưu lượng dòng chảy Q2. Các thông số thủy lực, hình thái cơ bản của đoạn sông phân lạch gồm: - Q1, Q2 Lưu lượng dòng chảy lạch chính, lạch phụ. - U1, U2 Lưu tốc trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ. - J1, J2 Độ dốc thủy lực lạch chính, lạch phụ. - n₁, n2 Hệ số nhám lòng sông lạch chính, lạch phụ. - H1, H2 Độ sâu trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ. - B1, B2 Chiều rộng trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ. - A1, A2 Diện tích mặt cắt ướt lạch chính, lạch phụ. - χ₁, χ2 Chu vi mặt cắt ướt lòng dẫn lạch chính, lạch phụ. - L1, L2 Chiều dài lạch chính, lạch phụ. 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ TỶ LỆ PHÂN LƯU DÒNG CHẢY VÀ TỶ LỆ PHÂN CHIA BÙN CÁT CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN 2.2.1. Quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy với các đặc trưng thủy lực, hình thái của đoạn sông phân lạch đơn
7 Đối với đoạn sông phân lạch đơn gồm 2 lạch, lưu lượng dòng chảy tại mặt cắt trước phân lạch bằng tổng lưu lượng dòng chảy vào lạch chính và lạch phụ theo nguyên tắc bảo toàn tổng lượng, tức là: Q0 = Q1 + Q2 (2-1) Nếu xét dòng chảy đoạn sông phân lạch nằm giữa hai mặt cắt tách dòng (phân lạch) và mặt cắt nhập dòng (hợp lạch), thì tổn thất dòng chảy theo lạch chính và lạch phụ là như nhau, khi đó ta có: J1L1 = J2L2 (2-2) Đặt β1 là tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch chính, bằng tỷ số giữa lưu lượng dòng chảy qua lạch chính với lưu lượng dòng chảy đoạn sông trước phân lạch, như Q1 vậy 1  . Thay Q0 từ (2-1) vào biểu thức này sẽ nhận được: Q0 Q1 Q2 1  tương tự ta có  2  (2-3) Q1  Q2  Q1  Q2   Q Từ (2-3) rút ra 1  1 (2-4)  2 Q2 Từ công thức cơ bản tính lưu lượng dòng chảy, bằng tích số giữa lưu tốc trung bình mặt cắt và diện tích mặt cắt ướt khi đó: Q = U.A (2-5) Nếu U được tính theo công thức Chery U  C RJ . Trong đó R bán kính thủy của mặt cắt ướt được tính bằng tỷ số giữa diện tích ướt và chu vi ướt của mặt cắt. A diện tích mặt cắt ướt bằng tích giữa độ sâu trung bình mặt cắt ướt và chiều rộng mặt cắt ướt A = H.B. Thay U và A vào (2-5) sẽ nhận được: Q  C RJ HB  (2-6) Q1 1 Q2 Từ (2-3) có 1  hay  1 (2-7) Q1  Q2  1 Q1 Thay Q được tính bằng công thức (2-6) vào công thức (2-7), với chú ý điền các chỉ số biểu thị cho lạch chính và lạch phụ, sẽ nhận được: 1 C2 R2 J 2 H 2 B2  1 (2-8) 1 C1 R1 J1 H1 B1 Nếu tính hệ số nhám C bằng công thức của Maning C  1n R 1 6 và thay vào (2-8), sau một số biến đổi đơn giản ta có: 2 1 1  R  3  J  2  B H  n   1   2   2   2 2  1  (2-9) 1  R1   J1   B1H1  n2  J L Xuất phát từ (2-2) ta có 2  1 , thay vào công thức (2-9) sẽ nhận được: J1 L2 2 1 1  R  3  L  2  B H  n   1   2   1   2 2  1  (2-10) 1  R1   L2   B1H1  n2  Hay 1  2 1    R2  3  L1 2  B2 H 2  n1    1  1       (2-11)   R1   L2   B1 H1    n2    
8 Với những lập luận tương tự cũng nhận được công thức (2-12), xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch phụ: 1  2 1  R   L2   B1 H 1  n2   2  1   1 3 2       (2-12)   R2   L1   B2 H 2  n1    Trên cơ sở các công thức quan hệ (2-11) và (2-12) ta thiết lập được quan hệ về tỷ số giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy của 2 lạch như sau:  2 1  2  R2  3  L1  2  B2 H 2  n1           (2-13) 1  R1   L2   B1H1  n2       Và ngược lại  2 1  1  R1  3  L2  2  B1H1  n2           (2-14) 2  R2   L1   B2 H 2  n1     Công thức (2-11), (2-12), (2-13) và (2-14) là những công thức cơ bản làm tiền đề cho việc xây dựng các công thức gần đúng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào các lạch cho đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long. Đây là các công thức xác định tỷ lệ phân lưu chỉ phụ thuộc vào các yếu tố đặc trưng hình thái và độ nhám lòng dẫn của hai lạch. 2.2.2. Quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy và tỉ lệ phân chia bùn cát của đoạn sông phân lạch đơn Lưu lượng dòng chảy và lưu lượng vận chuyển bùn cát của đoạn sông có quan hệ với nhau thông qua biểu thức Qs=Q., theo tác giả Đinh Quân Tùng (Trung Quốc), một cách gần đúng có thể tính toán tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát vào các lạch như sau: Nếu gọi S là tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát, khi đó: QS1 S1  (2-15)  QS1  QS 2  Trong đó: QS1, QS2 là lưu lượng bùn cát của lạch chính và lạch phụ. Thay (QS1 = Q11) và (QS2 = Q22) vào (2-15) ta có: Q1 1 1 S1   (2-16) Q11  Q2 2  1  Q2 2   Q   1 1  Trong đó:  là hàm lượng bùn cát trung bình mặt cắt (kg/m3). Các chỉ số chân 1,2 biểu thị ký hiệu thông số của lạch chính và lạch phụ. 1 Đặt K s  sử dụng công thức (2-3) ở trên, sau khi biến đổi ta thu được: 2 1 S1  (2-17)  1    1    1    K s   Công thức (2-17) cho thấy tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch, phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ phân lưu dòng chảy của lạch. Sau khi tính được tỷ lệ phân lưu 1 , chỉ cần biết tỷ số hàm lượng bùn cát giữa 2 lạch Ks sẽ tính được giá trị gần đúng của tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch.
9 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Phương pháp phân tích số liệu thực đo Trong luận án, phương pháp chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo được sử dụng để phân tích và xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa các đặc trưng thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của các đoạn sông phân lạch đơn trên hệ thống sông Cửu Long. 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kịch bản nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch, sự thay đổi về chế độ thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái của các đoạn sông nghiên cứu. + Mô phỏng một số kịch bản khai thác cát kết hợp nạo vét lòng dẫn ứng với các cấp lưu lượng khác nhau. + Phân tích biến động về các yếu tố thủy lực dòng chảy, khả năng vận chuyển bùn cát của đoạn sông. + Phân tích biến động về hình thái (xói/ bồi) lòng dẫn của đoạn sông. - Nghiên cứu các giải pháp, phương án nạo vét khai thác cát hợp lý kết hợp với chỉnh trị để ổn định lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch. 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý Mục đích của nghiên cứu này là việc so sánh kiểm chứng kết quả nghiên cứu của luận án trên mô hình toán với kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý về ảnh hưởng tác động của việc nạo vét và khai thác cát đối với đoạn sông phân lạch đơn. Nội dung nghiên cứu gồm: quá trình biến đổi mực nước, lưu tốc theo dọc sông, trường phân bố vận tốc, lưu hướng trên mặt bằng và biến động về tỉ lệ phân chia lưu lượng giữa các lạch theo các phương án nạo vét khai thác cát. 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG II Trong chương này, luận án đã đi sâu nghiên cứu các đặc trưng cơ bản về hình thái lòng dẫn, chế độ thủy lực dòng chảy và quy luật diễn biến của đoạn sông phân lạch đơn. Dựa trên cơ sở lý thuyết về thủy động lực học, NCS đã phân tích và dẫn ra các công thức để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy cho đoạn sông phân lạch đơn (công thức 2-11, 2-12 và 2-13, 2-14) phụ thuộc vào các yếu tố đặc trưng hình thái và độ nhám lòng dẫn của hai lạch. Từ công thức xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy, thông qua mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy và lưu lượng vận chuyển bùn cát của đoạn sông, NCS đã dẫn ra công thức xác định tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch (công thức 2-17) phụ thuộc vào tỷ lệ phân lưu dòng chảy và hàm lượng bùn cát của lạch. Cũng trong chương này nghiên cứu sinh đã trình bày phương pháp và thiết lập các mô hình nghiên cứu của luận án. Các mô hình ứng dụng đã được hiệu chỉnh, kiểm định và đánh giá về độ tin cậy của kết quả tính toán so với số liệu thực đo, thí nghiệm. Kết quả tính toán, phân tích và các nghiên cứu, ứng dụng cụ thể sẽ được trình bày trong nội dung Chương III và Chương IV của luận án.
10 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN TỶ LỆ PHÂN LƯU, DÒNG CHẢY, BÙN CÁT CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN 3.1. TỔNG QUAN VỀ SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI Sông phân lạch đơn là loại hình sông phân lạch tồn tại khá phổ biến trên hệ thống sông Cửu Long. Đặc điểm hình thái của các đoạn sông này là có nút thắt 2 đầu, giữa phình ra, dòng chảy chia thành hai lạch, giữa các lạch là bãi giữa (hay còn gọi là cù lao), trên bãi sinh trưởng thực vật hoặc có dân cư sinh sống. Trên các nhánh sông Cửu Long hiện có khoảng 17 đoạn sông phân lạch đơn. 3.2. THIẾT LẬP CÔNG THỨC GẦN ĐÚNG XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHÂN LƯU DÒNG CHẢY CHO ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU LONG Xuất phát từ các công thức cơ bản xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy của đoạn sông phân lạch đơn đã được thiết lập ở chương II, để đơn giản hóa việc xác định thông số về bán kính thủy lực của lòng dẫn thì đối với các sông thiên nhiên có B>20H có thể lấy giá trị của RH. Như vậy với sông Cửu Long có thể lấy R=H, sau khi thay vào các công thức (2-11), (2-12) và (2-14) sẽ nhận được: 1  5 1  B2  n1  H   L1  1  1   2 3 2       (3-1)   H1   L2   B1  n2      1  5 1 3  L 2  B    1  n 2   2  1   1   2   H   (3-2)   H 2   L1   B2  n1       5 1  1  H1  3  L2  2  B1  n2           (3-3)  2  H 2   L1   B2  n1     Mặt khác, để xác định hệ số nhám Maning cho sông vùng đồng bằng có nhiều công thức đã được đề xuất. Trong đó công thức kinh nghiệm của Strickler là 1/6  d75  n  0, 0747d và công thức do Henderson đề xuất là n  0,031 1/6   0,3048  50 Kết quả phân tích thành phần hạt từ tài liệu khảo sát địa chất lòng sông và bùn cát đáy của các đoạn phân lạch Long Xuyên, Tân Châu, Thốt Nốt, Mỹ Thuận và nhiều vị trí trên sông Cửu Long thấy rằng: Cấu tạo các lớp địa chất và thành phần hạt bùn cát của đáy sông Cửu Long là tương đối đồng nhất, tỷ lệ các hạt vật liệu đáy sông có đường kính từ 0,075÷0,25mm chiếm từ 50÷80%. Như vậy một cách gần đúng có thể lấy giá trị d50 hoặc d75 của các lạch là như nhau, khi đó hệ số n  nhám n1=n2 và tỷ số  1   1 . Thay vào (3-1), (3-2) và (3-3), ta sẽ có các công thức  n2  tính β1, β2 ở dạng đơn giản hóa hơn, như dưới đây. Tỷ lệ phân lưu qua lạch chính:
11 1  5 1    H  3  L  2  B2   1  1   (3-4)   H1   L2   B1   2 1   Tỷ lệ phân lưu qua lạch phụ: 1  5 1    H1   L2  2  B1   3 2  1   (3-5)   H 2   L1   B2     Như vậy, tỷ số giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch chính với tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch phụ là:  5 1  1  H1  3  L2  2  B1          (3-6)  2  H 2   L1   B2     Các công thức (3-4), (3-5) và (3-6) là những công thức gần đúng, có thể sử dụng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào các lạch cho đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long, dựa vào các thông số trung bình về chiều dài, chiều rộng và chiều sâu của lòng dẫn. 3.3. XÂY DỰNG QUAN HỆ THỰC ĐO GIỮA DÒNG CHẢY, BÙN CÁT VÀ CÁC YẾU TỐ LÒNG DẪN CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU LONG 3.3.1. Phân tích quan hệ giữa tỉ lệ phân lưu dòng chảy (β) với các yếu tố thủy lực và yếu tố hình thái lòng dẫn của các lạch Căn cứ các số liệu thực đo đã thu thập, xử lý. Luận án tiến hành xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy (1/2) với các yếu tố đặc trưng dòng chảy (Q1/Q2, U1/U2,), yếu tố đặc trưng lòng dẫn (B1/B2, H1/H2, A1/A2) của lạch chính và lạch phụ đối với đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long. Kết quả phân tích được thể hiện tại hình 3-1 dưới đây. a) Biểu đồ quan hệ: Hình 3-1. Quan hệ giữa các yếu tố thủy lực, hình thái và tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa 2 lạch.
12 b) Công thức quan hệ: Từ phương trình mô tả các đường cong quan hệ trên hình 3-1 ta xác định được các công thức quan hệ giữa các yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái của lòng dẫn với tỷ số phân lưu dòng chảy vào 2 lạch như sau: Công thức Hệ số Công thức Số Yếu tố nguyên dạng tương quan chỉnh sửa hiệu 5,6132 3,4 k 1 U  1 U  Lưu tốc U  1, 0084.  1  2 R = 0,9088  a.  1  (3-7) 2  U2  2  U2  1,7998 1,1k 1 B  1 B  Chiều rộng B  1, 0593.  1  2 R = 0,9477  a.  1  (3-8) 2  B2  2  B2  3,3231 2k 1 H  1 H  Độ sâu H  0,9754.  1  2 R = 0,9765  a.  1  (3-9) 2  H2  2  H2  1,1956 0,7 k 1 A  1 A  Diện tích A  0,9749.  1  2 R = 0,9749  a.  1  (3-10) 2  A2  2  A2  Ghi chú: Các hệ số (a) và số mũ (k) của các phương trình được làm tròn với 5 2 chữ số sau dấu phẩy. Các hệ số và số mũ được lấy với (a1,0) và ( k   1, 67 ). 3 3.3.2. Phân tích quan hệ giữa tỉ lệ phân chia bùn cát (s) với các yếu tố thủy lực và yếu tố hình thái lòng dẫn của các lạch Dựa trên số liệu thực đo ta cũng xây dựng được mối quan hệ giữa tỷ lệ phân chia bùn cát vào các lạch với các yếu tố thủy lực và yếu tố hình thái lòng dẫn giữa lạch chính và lạch phụ của đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long. a) Biểu đồ quan hệ: Hình 3-2. Quan hệ giữa các yếu tố thủy lực, hình thái và tỷ lệ phân chia bùn cát giữa 2 lạch. b) Công thức quan hệ: Từ phương trình mô tả các đường cong quan hệ trên hình 3-2 ta xác định được các công thức quan hệ giữa các yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái của lòng dẫn với tỷ lệ phân chia bùn cát vào 2 lạch như sau:
13 Công thức Hệ số Công thức Số Yếu tố nguyên dạng tương quan chỉnh sửa hiệu 5,0352 3k S1 U  S 1 U  Lưu tốc U  1, 0299.  1  2 R = 0,9  a.  1  (3-11) S 2  U2  S 2  U2  1,6202 k S1 B  S 1 B  Chiều rộng B  1, 0749.  1  2 R = 0,9453  a.  1  (3-12) S 2  B2  S 2  B2  2,9885 1,8 k S1 H  S 1 H  Độ sâu H  0,9984.  1  2 R = 0,972  a.  1  (3-13) S 2  H2  S 2  H2  1,0751 0.5 k S1 A  S1 A  Diện tích A  1, 0542.  1  2 R = 0,9703  a.  1  (3-14) S 2  A2  S 2  A2  Ghi chú: Hệ số (a) và số mũ (k) được làm tròn với 2 chữ số sau dấu phẩy. 5 Các hệ số và số mũ được lấy với (a1,0) và ( k   1, 67 ). 3 Như vậy, khi có các thông số trung bình về vận tốc dòng chảy (U) hoặc các thông số về đặc trưng hình thái lòng dẫn (B, H, A) của đoạn sông phân lạch đơn, từ các quan hệ đã thiết lập ở trên có thể xác định được tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β), tỉ lệ phân chia bùn cát (S) vào các lạch tương ứng. 3.4. NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐỐI VỚI ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN BẰNG MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ HÌNH VẬT LÝ 3.4.1. Các kịch bản, trường hợp tính toán nghiên cứu a) Các kịch bản về nạo vét khai thác cát: Luận án đã tiến hành các tính toán, nghiên cứu với 4 nhóm kịch bản được nêu dưới đây: - PA0: Phương án hiện trạng để so sánh khi chưa có các hoạt động nạo vét khai thác cát (lòng dẫn được giữ nguyên như đoạn sông trong tự nhiên). - PA1: Phương án nạo vét khai thác cát trên lạch phụ (lạch trái cù lao Mỹ Hòa Hưng), chiều dài nạo 2500m, cách mặt cắt phân lưu 600m về phía hạ du, chiều rộng nạo vét 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên là 3m, 5m, 7m, 10m, 15m. - PA2: Phương án nạo vét khai thác cát trên lạch phụ, chiều dài nạo vét 3500m ngay từ vị trí mặt cắt phân lưu, chiều rộng nạo vét 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên là 3m, 5m, 7m, 10m, 15m. - PA3: Phương án nạo vét khai thác cát trên toàn bộ lạch phụ, bắt đầu từ mặt cắt phân lưu tới mặt cắt nhập lưu với chiều dài nạo vét 9280m, chiều rộng nạo vét trung bình 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên là 3m, 5m, 7m, 10m, 15m. b) Các trường hợp dòng chảy nghiên cứu: Các cấp lưu lượng được nghiên cứu cho cả 4 nhóm phương án lần lượt là Q=5000m3/s; 9000m3/s; 12500m3/s; 14000m3/s và 16000m3/s. 3.4.2. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy của đoạn sông Kết quả tính toán mô phỏng trên mô hình toán 2D và kết quả đo đạc thí nghiệm trên mô hình vật lý cho thấy, sai khác giữa hai phương pháp không lớn. Cả hai phương pháp đều đi đến kết luận: Nếu chỉ nạo vét và khai thác cát một phần ở
14 khu vực phía đầu nhánh trái theo các nhóm phương án PA1 và PA2, thì sự thay đổi về tỷ lệ phân lưu giữa các lạch là không đáng kể, chỉ tăng được từ 15% lưu lượng dòng chảy vào nhánh trái (lạch nạo vét) so với phương án hiện trạng và ít ảnh hưởng đến chế độ thủy lực dòng chảy trên cả hai nhánh sông. Khi khai thác cát kết hợp nạo vét toàn bộ lạch trái từ mặt cắt phân dòng đến mặt cắt hợp lưu theo nhóm các phương án PA3, thì tỷ lệ phân lưu dòng chảy thay đổi khá rõ. Lưu lượng lạch phải đã giảm bớt từ 7÷18% tùy theo cấp lưu lượng. Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-3. Biến động tỉ lệ phân lưu dòng chảy vào các lạch theo quy mô nạo vét khai thác cát, ứng với cấp lưu lượng tạo lòng Q0=14000m3/s. Từ kết quả nhận được cho thấy, muốn thay đổi tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch thì việc nạo vét khai thác cát phải được thực hiện trên toàn tuyến. 3.4.3. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát a) Đánh giá sự thay đổi về vận tốc dòng chảy: Vận tốc dòng chảy trên dòng chính phía thượng lưu và trên nhánh phải (lạch chính) đều có xu thế giảm khi nạo vét và khai thác cát trên nhánh trái (lạch phụ). Mức độ giảm phụ thuộc vào từng phương án nạo vét và theo từng cấp lưu lượng, vận tốc dòng chảy trên lạch phải giảm mạnh nhất khi thực hiện nạo vét toàn bộ lạch trái theo phương án PA3. Vận tốc dòng chảy trên lạch trái biến đổi phức tạp, phụ thuộc vào địa hình lòng dẫn của từng khu vực khác nhau. Với các phương án nạo vét PA1, PA2 và PA3, vận tốc dòng chảy trên tuyến lạch trái đều có xu thế tăng lên. Mức độ biến động vận tốc phụ thuộc vào quy mô nạo vét lạch trái và theo từng cấp lưu lượng Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-4. Phân bố vận tốc trên mặt cắt ngang trước và sau khi nạo vét toàn tuyến lạch trái (PA3).
15 b) Đánh giá sự thay đổi về khả năng vận chuyển bùn cát: Lưu lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng của lạch phải giảm mạnh nhất khi thực hiện nạo vét mở rộng lòng dẫn trên toàn bộ tuyến lạch trái theo phương án PA3. Lưu lượng bùn cát giảm mạnh khi độ sâu nạo vét khai thác cát trên lạch trái tăng từ 0÷7m. Với độ sâu nạo vét lớn hơn, mức độ ảnh hưởng đến lưu lượng bùn cát vận chuyển bùn cát của lạch phải tăng thêm không đáng kể. Khả năng vận chuyển bùn cát của lạch trái sau nạo vét được cải thiện đáng kể, lưu lượng vận chuyển bùn cát lạch trái tăng mạnh khi độ sâu nạo vét khai thác cát tăng từ 0÷7m. Lưu lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng của lạch trái có thể tăng lên từ 36,83÷135,86% so với hiện trạng tùy theo quy mô nạo vét, khả năng vận chuyển bùn cát tăng mạnh nhất khi thực hiện nạo vét toàn bộ tuyến lạch trái theo phương án PA3. Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-5. Biến động về lưu lượng vận chuyển bùn cát của lạch phải và lạch trái theo chiều sâu nạo vét và theo cấp lưu lượng. 3.4.4. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả khai thác cát kết hợp nạo vét lòng dẫn để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu vào các lạch Kết quả tính toán hiệu quả điều chỉnh tăng tỷ lệ phân lưu vào lạch trái (lạch nạo vét) theo chiều sâu nạo vét khai thác cát được ghi trong bảng 3-1. Bảng 3-1. Hiệu quả điều chỉnh tỷ lệ phân lưu vào lạch trái theo chiều sâu nạo vét khai thác cát. Chiều Tỉ lệ Hiệu quả điều chỉnh tăng tỉ lệ phân lưu vào lạch trái sâu khai chiều (lạch nạo vét) - 2(%) thác cát sâu Q=5000 Q=9000 Q=12500 Q=14000 Q=16000 Hkt (m) Hkt/Htb (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) 3 0.3 7.94 9.35 8.65 8.56 8.22 5 0.5 11.85 13.62 12.30 12.16 11.59 7 0.7 14.92 17.05 15.36 15.18 14.37 10 1.0 15.82 18.07 16.26 15.87 15.07 15 1.6 16.58 18.71 16.88 16.33 15.60 H kt Ghi chú: là tỷ số giữa chiều sâu khai thác cát và độ sâu trung bình mặt H tb cắt của lạch nạo vét (trong trường hợp nghiên cứu này, chiều sâu trung bình lạch trái hiện trạng có Htb=9,56m).
16 Hình 3-6. Biểu đồ đánh giá hiệu quả tăng tỉ lệ phân lưu vào lạch theo chiều sâu nạo vét (β~Hkt), ứng với từng cấp lưu lượng. Từ bảng đánh giá hiệu quả và biểu đồ phân tích quan hệ giữa hiệu quả tăng tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β) vào lạch theo các cấp chiều sâu nạo vét khai thác cát, có thể rút ra một số nhận xét như sau: - Mức độ biến động về tỷ lệ phân lưu dòng chảy phụ thuộc vào quy mô nạo vét và theo từng cấp lưu lượng. - Tỉ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch cạn (lạch nạo vét) tăng mạnh nhất khi tỷ số giữa chiều sâu nạo vét khai thác cát và độ sâu trung bình mặt cắt lòng dẫn hiện  H  trạng của đoạn sông  m  kt  nằm trong khoảng m ≤ 0,7. Khi giá trị (m) nằm  H tb  trong khoảng từ 0,7÷1,0 hiệu quả tăng tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch nạo vét giảm mạnh. Từ giá trị m > 1,0 trở lên, tỷ lệ phân lưu gần như không tăng thêm khi tiếp tục tăng chiều sâu nạo vét. Như vậy có thể thấy, việc khai thác cát kết hợp nạo vét chỉnh trị lòng dẫn để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch chỉ đạt hiệu quả lớn nhất khi Hkt ≤ 0,7Htb. Có nghĩa là chiều sâu nạo vét (chiều sâu tăng thêm) nên nhỏ hơn chiều sâu trung bình mặt cắt hiện trạng của lạch nạo vét (Hkt < Htb). Tuy nhiên, do luận án chỉ mới phân tích từ các số liệu nhận được thông qua việc thí nghiệm kiểm chứng trên mô hình vật lý và mô phỏng trên mô hình toán cho đoạn sông phân lạch đơn khu vực Long Xuyên, nên kết quả nghiên cứu này sẽ có những hạn chế. Vì vậy, khi áp dụng cho các đoạn sông phân lạch đơn khác ở vùng ĐBSCL cần thiết phải có các nghiên cứu sâu hơn. Mặt khác, khi lựa chọn giải pháp nạo vét khai thác cát kết hợp với việc chỉnh trị cải tạo lòng dẫn cho tuyến lạch cạn, cần xem xét đến tính hiệu quả của tỷ lệ phân lưu có thể điều chỉnh theo độ sâu nạo vét và phải luôn lưu ý đến sự ổn định chung của toàn đoạn sông, hạn chế tối đa các hiện tượng sạt lở, bồi lắng và những biến động lớn về chế độ thủy lực dòng chảy trên các lạch sau khi nạo vét.
17 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG III Từ các kết quả nghiên cứu trên đây cho phép NCS đi tới một số kết luận: Khai thác cát kết hợp nạo vét đoạn sông phân lạch chỉ đem lại hiệu quả khi được thực hiện trên toàn tuyến. Việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy và lưu lượng vận chuyển bùn cát của đoạn sông phân lạch đơn khi tác động vào yếu tố chiều sâu của lòng dẫn (thay đổi độ sâu nạo vét khai thác cát) đem lại hiệu quả tốt hơn so với việc thay đổi chiều rộng mặt cắt lòng dẫn. Điều này cũng được chỉ ra trong các công thức xác định hệ số phân lưu dòng chảy (3-4), (3-5) và (3-6), khi tỷ lệ phân lưu (β) phụ thuộc hàm mũ bậc 5/3 đối với tỷ số độ sâu (H) nhưng chỉ phụ thuộc hàm bậc nhất đối với tỷ số chiều rộng (B) giữa các lạch. Độ nhạy của các yếu tố lòng dẫn (B, H) tác động đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát của các lạch cũng được thể hiện trên các biều đồ quan hệ tại hình 3-1, hình 3-2. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của việc nạo vét để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu trên mô hình toán và mô hình vật lý đều cho thấy, khi chiều sâu nạo vét khai thác cát đạt tới giới hạn nhất định (trường hợp nghiên cứu cụ thể của luận án cho đoạn phân lạch Long Xuyên, đã xác định được khi Hkt ≥ 0,7Htb) thì việc tiếp tục tăng độ sâu nạo vét cũng không làm tăng hiệu quả điều chỉnh về tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch, biểu đồ đánh giá được thể hiện trên hình 3-6. Xét trong các trường hợp cùng một độ sâu và chiều rộng nạo vét khai thác cát, thì ứng với cấp lưu lượng càng lớn thì tỷ lệ phân lưu sang lạch phụ càng lớn. Các kết quả nghiên cứu trên đây sẽ được ứng dụng vào thực tế để nghiên cứu đề xuất phương án khai thác cát kết hợp với nạo vét chỉnh trị lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch Long Xuyên, tỉnh An Giang. Những tính toán cụ thể sẽ được trình bày trong Chương IV của luận án. CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TẾ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC CÁT KẾT HỢP NẠO VÉT CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN KHU VỰC THÀNH PHỐ LONG XUYÊN 4.1. THỰC TRẠNG ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH KHU VỰC THÀNH PHỐ LONG XUYÊN Đoạn sông phân lạch đơn khu vực cù lao Mỹ Hòa Hưng trên sông Hậu thuộc thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang (còn gọi là cù lao Ông Hổ) có tọa độ địa lý từ 10022’ đến 10027’ vĩ độ bắc; 105024’ đến 105028’ kinh độ đông. Đoạn sông chia thành 2 lạch, nhánh phải dài 7120m chảy qua thành phố Long Xuyên, nhánh trái dài 9280m chảy qua địa bàn các xã An Thạnh Trung và Hòa Bình thuộc huyện Chợ Mới. Đây là đoạn sông phân lạch có diễn biến hình thái rất mạnh, các nhánh sông đang trong thời kỳ phát triển hoặc suy thoái và luôn có sự tranh chấp lẫn nhau. Hiê ̣n tượng bồ i lắ ng và sạt lở bờ sông sẽ vẫn còn tiế p tu ̣c xảy ra nếu không có các giải pháp chỉnh trị tổ ng thể cho toàn đoạn sông. Đặc biệt là bên lạch phải, viêc̣ xây dựng mô ̣t số công trình kè bờ khu vực TP Long Xuyên chỉ là giải pháp bi ̣ đô ̣ng trong khi đoạn sông vẫn phát triển các hố xói mới, vì vậy nếu chỉ xây dựng các công trình bảo vệ bờ thì chưa thể giải quyế t được vấ n đề xói lở ở khu vực này.
18 4.2. MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU CỦA VIỆC CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH KHU VỰC LONG XUYÊN Xuất phát từ thực trạng của đoạn sông, tình hình khai thác cát đang diễn ra dầm rộ, nhưng chưa được định hướng kỹ thuật và khó kiểm soát. Vấn đề đặt ra là đảm bảo hoạt động khai thác cát để tận thu nguồn tài nguyên rất có giá trị, kết hợp được giữa việc khai thác với nạo vét chỉnh trị để tạo lòng dẫn đảm bảo duy trì được sự ổn định lâu dài cho đoạn sông. Nhiệm vụ cần thực hiện là: - Tính toán xác định các thông số chỉnh trị lòng dẫn để điều chỉnh hợp lý tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát giữa các nhánh. - Xác định vị trí và quy mô khai thác cát hợp lý trên đoạn sông này. - Đề xuất các hạng mục công trình bổ sung nhằm ổn định đoạn sông. 4.3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NẠO VÉT CHỈNH TRỊ KẾT HỢP KHAI THÁC CÁT CHO ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH LONG XUYÊN 4.3.1. Xác định các thông số chỉnh trị lòng dẫn của đoạn sông Dựa trên các công thức quan hệ (3-4), (3-5), (3-6) được đề xuất để xác định tỉ lệ phân lưu dòng chảy cho đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long. Đoạn phân lạch Long Xuyên có chiều dài lạch chính L1=7120m, lạch phụ có L2=9280m. Sau khi thay giá trị L1, L2 vào các công thức này, ta sẽ nhận được các công thức tính ở dạng đơn giản hơn như dưới đây: 1  5     H 2 3  B2   1  1  0,876     (4-1)   H1   B1     1  5    H1 3  B1     2  1  1,142     (4-2)   H 2   B2      5  1   H  3 B    1,142  1   1  (4-3) 2   2   2   H B Từ các công thức (4-1), (4-2), (4-3) đã xây dựng, có thể thấy: Tỉ lệ phân lưu dòng chảy vào các lạch của đoạn sông phân lạch Long Xuyên là thông số phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều rộng (B) và chiều sâu (H) giữa 2 lạch. Do đó để điều chỉnh lại tỷ lệ phân lưu dòng chảy của đoạn sông (điều chỉnh 1, 2), có thể sử dụng giải pháp khai thác cát kết hợp với việc nạo vét cải tạo lòng dẫn để điều chỉnh các thông số B và H của các lạch. Căn cứ vào mục tiêu, yêu cầu chỉnh trị và điều kiện thực tế của đoạn sông. Các thông số chỉnh trị của đoạn sông được xác định như sau. a) Xác định tỷ lệ phân lưu điều chỉnh: Kết quả nghiên cứu về diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy và sự ổn định của đoạn sông qua các thời kỳ thấy rằng, đoạn sông có sự ổn định tương đối khi duy trì tỷ lệ phân lưu qua lạch phải là khoảng 60÷63% và lạch trái là 37÷40%. Từ tỷ lệ phân lưu hiện trạng của đoạn sông, tỷ lệ phân lưu điều chỉnh được xác định là chuyển khoảng 10÷15% lưu lượng dòng chảy từ lạch phải sang lạch trái so với hiện trạng. Cơ cấu tỷ lệ phân lưu của các lạch sau chỉnh trị như sau: + Tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua nhánh phải: 160%. + Tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua nhánh trái: 240%.