NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỠ 5 MỎ HÀN XÃ PHONG AN, HUYỆN PHONG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ STUDY ON THE CAUSES DISTRIBUTED TO THE EROSION OF FIVE GROYNES AT PHONG AN COMMUNE, PHONG
Trang 1NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỠ 5 MỎ HÀN
XÃ PHONG AN, HUYỆN PHONG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
STUDY ON THE CAUSES DISTRIBUTED TO THE EROSION OF FIVE GROYNES
AT PHONG AN COMMUNE, PHONG ĐIEN DISTRICT, THUA THIEN HUE
SVTH : Hoàng Văn Hoàn, Nguyễn Hoàng Đạt
Lớp 08X2B, Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng
GVHD: Nguyễn Trường Huy
Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Được xây dựng từ năm 1992, 5 mỏ hàn trên đoạn sông cong thuộc sông Bồ, đoạn đi qua xã Phong An, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế được xem là một trong các giải pháp chỉnh trị sông giúp bảo vệ các tính mạng và tài sản của người dân sinh sống ở khu vực này Tuy nhiên khu vực xung quanh các mỏ hàn hiện nay đã hình thành nhiều hố xói rất sâu và bản thân một số mỏ hàn cũng đang bị hư hỏng khá nặng Điều này gây không ít lo ngại cho người dân đang sinh sống cũng như là một mối quan tâm lớn của chính quyền địa phương ở đây Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ phân tích các nguyên nhân gây nên việc xói lở và hư hỏng các mỏ hàn thông qua việc khảo sát và điều tra thực địa; kết hợp với việc ứng dụng mô hình toán dòng chảy River2D Đây là một mô hình thủy động lực được nhóm tác giả sử dụng để phân tích trường dòng chảy ở khu vực đoạn sông cong xét đến sự có mặt của các mỏ hàn Trên cơ sở các nguyên nhân đã phân tích và tìm được, từ đó, nhóm tác giả đề xuất các giải pháp để khắc phục
ABSTRACTS
Built in 1992, five groynes on the curvature of Bo river, at Phong An commune, Phong Dien district, Thua Thien Hue province were considered as one of the river training solutions so that it can help to protect the resident and their property that inhabit at this place However, the areas around five groynes have formed several deep scour holes and some groynes are in serious deterioration This raises the concern in the resident community as well as the local government here In this paper, the authors analyze the causes distributed to the erosion and destruction of five groynes through the results of investigation and field trip, combined with the application of River 2D model This is a hydro-dynamic model the authors have implemented to analyze the flow field in the curvature considered the existence of five groynes Based on the causes analyzed, the authors then propose the solution for recovery
1 Đặt vấn đề
Đoạn sông cong trên đoạn sông Bồ, đoạn ngang qua xã Phong An, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên-Huế hàng năm bị sạt lở mạnh làm ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân sinh sống ở hai bên bờ sông Năm 1992 chính quyền đã cho xây dựng 5
mỏ hàn ở đoạn sông cong này như một giải pháp chỉnh trị để bảo vệ bờ sông nhưng sau một thời gian sử dụng, 5 mỏ hàn bị hư hỏng nặng và chính quyền địa phương phải tu bổ sửa chữa lại vào năm 1999 Từ đó đến nay, trải qua nhiều trận lũ liên tiếp, khu vực giữa các mỏ hàn đã xuất hiện nhiều hố xói rất sâu và nhiều mỏ hàn đã bị hư hỏng nặng Vì thế, việc tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến xói lở và hư hỏng các mỏ hàn từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục là một vấn đề vô cùng bức bách và cấp thiết
Trang 22 Mô hình hóa đoạn sông cong và 5 mỏ hàn
2.1 Lý thuyết mô hình
2.1.1 Cơ sở tính toán của mô hình RIVER2D
River2D là mô hình thủy động hai chiều dựa trên “Mô hình toán nước nông hai
chiều ngang” Mô hình này dựa vào hai nguyên lý cơ bản là bảo toàn khối lượng và động
lượng để thiết lập mô hình vật lý bài toán Mô hình áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn
để rời rạc hóa các phương trình liên tục River2D kết hợp 2 sơ đồ giải là sơ đồ hiện và sơ
đồ ẩn và dùng phép giải lặp để tìm ra nghiệm
2.1.2 Cấu trúc chương trình RIVER2D
Chương trình River 2D gồm có 4 modul
con: R2D_Bed, R2D_Ice, R2D_Mesh, và
River2D, mỗi modul có một chức năng riêng:
R2D_BED đưa vào và xử lý số liệu địa hình;
R2D_ICE mô tả bài toán khi có băng tuyết trên đất, mặt nước;
R2D_MESH tạo lưới phần tử và thiết lập điều kiện biên cho miền tính;
RIVER2D tính toán các đặt trưng của dòng chảy ổn định và không ổn định
2.2 Mô hình hóa đoạn sông cong và 5 mỏ hàn bằng River2D
2.2.1 File *.BED (địa hình) và File *.MESH (chia lưới)
File địa hình Chia lưới
Hình 1 File địa hình Hình 2 File chia lưới
Trang 32.2.2 Kết quả trường dòng chảy tương ứng với 4 kịch bản tính toán
Hình 3.1 kết quả tính toán với Kich bản 1 –
Q thluu = 173,442 m 3 /s, H haluu =2m
Hình 3.2 Kết quả tính toán ứng với Kich bản 2 -
Q thluu = 500 m 3 /s, H haluu =3m
Hình 3.3 Kết quả tính toán ứng với Kich bản 3 - Qt hluu =
700 m 3 /s, H haluu =4m
Hình 3.4 Kết quả tính toán ứng với Kich bản 4
- Q thluu = Q taolong =950 m 3 /s, H haluu =4.8m
2.2.3 Các mặt cắt ngang đặc trưng
Từ dữ liệu chạy ra từ chương trình RIVER 2D, có thể xuất các kết quả trường vận tốc,
độ sâu dòng chảy tại từng vị trí hoặc tại các mặt cắt Cũng có thể dùng đồ họa để hiển thị cường độ của dòng chảy hay độ sâu nước Trong trường hợp này cần trích xuất các dữ liệu
về địa hình đáy, chiều sâu nước và chiều sâu hố xói Sau đây chỉ trích xuất số liệu ứng với trường hợp nguy hiểm nhất - tính ứng với lưu lượng tạo lòng
Trang 43 Phân tích nguyên nhân gây xói lở và đề xuất giải pháp khắc phục
3.1 Các nguyên nhân gây xói lở và hư hỏng 5 mỏ hàn
Do dòng chảy vòng gây ra sự xói lỡ bờ lõm trên đoạn sông cong này
Do sai lệch giữa thiết kế và thi công :
o Sai lệch trong việc bố trí tuyến chỉnh trị trong quá trình thi công :
Theo thực tế hình dạng công trình và tuyến công trình đã thi công thì đầu của 5 mỏ hàn không cùng nằm trên một bán kính cong chỉnh trị Điều này dẫn đến việc các kè mỏ hàn được bố trí nằm trước không thể phát huy tác dụng che chắn bảo vệ cho các mỏ hàn tiếp theo và đồng thời cũng làm thay đổi trường dòng chảy so với thiết kế, nghĩa là trường dòng chảy không còn bám sát tuyến chỉnh trị thiết kế đã vạch, mà dẫn đến việc xuất hiện các xoáy nước cục bộ không mong muốn, và các xoáy nước này không thể tạo đường bờ bồi lắng theo mong muốn mà ngược lại còn là nguyên nhân dẫn đến việc xói lở hình thái đường bờ và đáy lòng sông
Áp lực dư Lực li tâm Lực tổng hợp Vận tốc hướng ngang
vận tốc
Hình 4 Một số mặt cắt ngang đặc trưng
Hình 5 Biểu đồ cơ chế hình thành dòng chảy vòng một phía
Trang 5o Khoảng cách giữa các mỏ hàn chưa hợp lý :
Khoảng cách giữa các mỏ hàn cần đảm bảo sao cho hướng dòng nước chảy khi băng qua mỏ hàn đằng trước không đến được vị trí quá 2/3 chiều dài mỏ hàn đằng sau Ngoài ra, khi thiết kế, bố trí khoảng cách giữa 2 mỏ hàn cần đảm bảo điều kiện sao cho chỉ tồn tại một cuộn xoáy để tạo được đường bờ bồi lắng mới ổn định theo ý đồ của người thiết kế Theo như các kết quả tính toán trường vận tốc ứng với 4 kịch bản đã nêu, giữa mỏ hàn số
3 và 4, và giữa mỏ hàn số 4 và 5 luôn tồn tại hai cuộn xoáy trở lên Đặc biệt giá trị vận tốc tại 2 cuộn xoáy này khá lớn, đây chính là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến việc hình thành các hố xói khá sâu ở sau mỏ hàn 4 và mỏ hàn 5
Ngoài ra, một trong những mối quan tâm chính của người thiết kế khi sử dụng biện pháp mỏ hàn là biện pháp gia cố chân ở đầu mỏ hàn Ở đây, ngay trước mỏ hàn 5, biện pháp gia cố mà tư vấn cũ sử dụng hầu như đã không có hiệu quả dẫn đến việc hình thành
hố xói với chiều sâu xói khá lớn ngay trước mỏ hàn 5
o Chiều dài các mỏ hàn chưa chính xác :
.Theo như hồ sơ thiết kế và kết quả đo đạc thực tế thì chiều dài các mỏ hàn sai khác nhiều (đặc biệt là mỏ hàn số 4 và số 5)
Thiết kế Thực đo Thiết kế Thực đo Thiết kế Thực đo
Bảng So sánh sự khác nhau giữa kích thước kè (m)
Địa chất đáy lòng dẫn thường xuyên bị thay đổi do hiện tượng khai thác cát
Mỗi dòng chảy trong sông tương ứng với trạng thái cân bằng ổn định tạm thời của mình đều có một sức tải cát nhất định Việc khai thác cát, nạo vét và hút cát lòng sông đang diễn ra hàng ngày hàng giờ ở ngay khu vực 5 mỏ hàn Phong An dẫn đến việc mất cân bằng lượng bùn cát trong dòng chảy tại khu vực đoạn sông qua 5 mỏ hàn Để đạt lại trạng thái cân bằng vốn có, dòng chảy sẽ cuốn bùn cát ở ngay khu vực đó làm dẫn đến hiện tượng các hố xói ngày càng xói sâu
Hình 6 Một số hình ảnh về hiện trạng khai thác cát
Thiết kế chưa hợp lý:
Theo thực đo độ dốc mái của thân mỏ hàn và đầu mỏ hàn quá nhỏ (mthân=1,5 và
mđầu=2,0), theo tiêu chuẩn thiết kế công trình bảo vệ bờ đê 14TCN 84-91, hệ số mái của
Trang 6thân mỏ hàn thường từ 2-2.5, còn đối với đầu mỏ hàn, hệ số mái từ 2,5-3 thậm chí có thể lên đến 3,5 Do đó, trong trường hợp này, thiết kế cần phải tăng hệ số mái của thân và đầu
mỏ hàn để tăng cường ổn định cục bộ cho các mỏ hàn
3.2 Đề xuất giải pháp khắc phục
Sửa chữa và bố trí lại vị trí 5 mỏ hàn đúng với hồ sơ thiết kế ban đầu sao cho :
Bố trí lại đầu 5 mỏ hàn cùng nằm trên bán kính cong chỉnh trị
Khoảng cách giữa các mỏ hàn chính xác
Chiều dài các mỏ hàn hợp lý
Thay đổi vật liệu làm kè mỏ hàn
Giữ nguyên vị trí 5 mỏ hàn
Hiệu chỉnh lại hệ số mái đầu và thân 5 mỏ hàn theo 14TCN84-91
Gia cố mái kè mỏ hàn bằng phương pháp lát đá , trồng cỏ…nhằm hạn chế sự xói lỡ của các mỏ hàn
Thêm vào giữa 2 hố xói do mỏ hàn 3 và 4 , 4 và 5 gây ra đó 2 mỏ hàn mới nhằm tránh tình trạng xuất hiện 2 cuộn xoáy giữa các mỏ hàn
Cấm người dân nạo vét đất cát trên đoạn sông này nhằm tránh tình trạng hố xói ngày càng sâu thêm
4 Kết luận
Trên cơ sở các kết quả điều tra thực địa, phân tích và so sánh với các hồ sơ thiết kế và thi công; cộng với việc mô hình hóa đoạn sông cũng như 5 mỏ hàn bằng
mô hình thủy động lực dòng chảy 2 chiều River2D, đề tài đã phân tích và làm rõ các nguyên nhân dẫn đến việc hình thành các hố xói sâu tại khu vực xung quanh 5 mỏ hàn cũng như các nguyên nhân gây nên sự hư hỏng 5 mỏ hàn Trên cơ sở các nguyên nhân đã phân tích và tìm được, nhóm tác giả cũng đã kiến nghị và đề xuất một vài giải pháp để khắc phục tình trạng hư hỏng này
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ứng dụng mô hình River2D vào một số bài toán Thủy lợi, Võ Nguyễn Đức Phước, Huỳnh Thị Thu Trâm, 06x2, Báo cáo SV NCKH-Đại học Đà Nẵng, 2010
[2] Nghiên cứu khả năng xói lở lòng sông tại công trình cầu Trần Thị Lý khi xây dựng mới, Lương Nguyễn Hoàng Phương, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, 2010
[3] Thủy lực dòng chảy hở, Nguyễn Cảnh Cầm
