Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp chống ngập quốc lộ 1a trên địa bàn tỉnh quảng nam trong điều kiện lũ lụt ở miền trung,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mục tiêu nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích ngoài phục vụ thông suốt giao thông, tăng năng lực thông hành trong mùa mưa lũ đoạn trên còn mang lại hiệu quả kinh tế mà hàng năm phải mất đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

_

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG NGẬP

QUỐC LỘ 1A TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NAM

TRONG ĐIỀU KIỆN LU LỤT Ở MIỀN TRUNG

CHUYÊN NGÀNH: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số : 60 – 58 – 30

Giáo viên hướng dẫn : Ts.Lê văn Bách

Năm 2012

Chương I

PHẦN MỞ ĐẦU

I.Tính cấp thiết của đề tài:

Đoạn quốc lộ 1A qua tỉnh Quảng nam có tổng chiều dài 85 km, tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng với bề rộng nền đường 12 m, mặt đường 11 m kết cấu mặt

bê tông nhựa Điểm đầu tại km 942 là ranh giới giữa thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam Điểm cuối tại km 1027 là ranh giới giữa tỉnh Quảng Nam và tỉnh Quảng Ngãi, là một trong những đoạn thuộc khu vực miền trung hàng năm ảnh hưởng lũ lụt lớn nhất của cả nước

Mỗi năm bình quân 3,4 lần bị ngâp qua đường kéo dài vài ngày, chiều cao ngập

từ 0,5 – 1,5m Nước tràn qua đường lộ, có đoạn chảy như thác lũ làm ách tắt giao thông nhiều ngày, hư hỏng nặng nề đường xá, ảnh hưởng dân sinh, thiệt hại lớn về người và vật chất phía thượng lưu dọc quốc lộ

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên do nhiều yếu tố sau:

Dãy Trường Sơn chạy suốt theo bờ biển, nên đồng bằng ở miền Trung rất hạn hẹp Có nhiều sông tương đối khá lớn, Sông Thu Bồn ở Quảng Nam, Sông Trà Khúc

ở Quảng Ngãi Sông, suối nhiều nhưng chiều dài các sông đa số ngắn và có độ dốc lớn Lưu vực các sông thường là đồi núi nên nước mưa đổ xuống rất nhanh Các cửa sông lại hay bị bồi lấp làm cản trở việc thoát lũ cho vùng đồng bằng

Cũng như nhiều nơi khác trong nước, rừng ở các tỉnh miền Trung đang bị tàn phá một cách nghiêm trọng Hiện nay diện tích rừng chỉ còn khoảng 40 phần trăm Việc phá rừng có thể ảnh hưởng quan trọng đối với lũ lụt trong các lưu vực hạn hẹp như ở miền Trung Cây cối có khả năng giử nước cũng như giảm thiểu việc đất đai sụt lở Lượng nước lũ ở một vùng có nhiều cây cối sẻ ít hơn lượng nước lũ từ một vùng trơ trọi Vì thế nạn phá rừng có thể gia tăng mực nước ở các vùng hạ lưu

Việc khai thác bừa bải cát sỏi ở các dòng sông cũng gia tăng mức độ của lũ lụt Tình trạng này làm cho nhiều đoạn bờ sông bị sụt lở nghiêm trọng Việc sụt lở các bờ sông dẫn đến bồi lấp các cửa sông cản trở việc thoát lũ, làm cho lũ lụt lớn hơn và lâu hơn Điển hình là vụ sụt lở bờ sông Vu Gia làm cho một khu dân cư ở huyện Đại Lộc tỉnh Quảng Nam bị cuốn trôi trong cơn lũ năm 1999

Hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu cũng ảnh hưởng không nhỏ đến lũ lụt khu vực trên

Một số đoạn giao thông quốc lộ 1A nói chung khu vực trên nói riêng do thiết

kế dựa trên số liệu thủy lực thủy văn cũ, lỗi thời để tính toán thiết kế cho lưu lượng

cống và cầu nhỏ Kết cấu mặt đường chưa phù hợp cho những vị trí thường xuyên ngập lụt, khi lượng mưa chưa cao đã dẫn đến ngập,hư hỏng , ách tắt giao thông cục

bộ

Với nội dung trên tôi trình bày đề cương nghiên cứu và đề xuất các giải pháp chống ngập lụt quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Quảng nam nhằm giảm thiểu thời gian ngập nước phía thượng lưu tuyến gây tổn thất tài sản hoa màu khu vực, giảm thời gian ngập nước trên đường để giao thông thuận tiện xuyên suốt

Thiết kế lại kết cấu mặt đường tăng khả năng bền vững phù hợp trong điều kiện ngập nước cho những đoạn bất khả kháng

Việc nâng cấp , thực hiện đoạn đường trên là yêu cầu thực tiển và cấp bách

II.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Từ sau thắng lợi công cuộc giải phóng miền nam, thống nhất đất nước ,Quốc lộ 1A cũng đã nhiều lần nâng cấp, sửa chữa Đoạn qua tỉnh Quảng nam gần đây nhất là năm 2000 nâng cấp mở rộng bằng nguồn vốn WB Nhưng hiện tượng tắc giao thông thường xuyên bị ngập cục bộ nhiều đoạn do bão lũ vẫn chưa khắc phục được

Hàng năm phưởng tiện giao thông, người dân khu vực vẫn phải sống chung với lũ những đoạn trên khi mưa lũ về

Ngoài nguyên do kể trên việc đầu tư đúng mức hoặc khả năng về vốn đầu tư, tính thiết thực, phù hợp trong thiết kế cũng nên kể đến

Mục tiêu nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích ngoài phục vụ thông suốt giao thông, tăng năng lực thông hành trong mùa mưa lũ đoạn trên còn mang lại hiệu quả kinh tế mà hàng năm phải mất đi của khu vực chỉ đựơc gọi chung chung là do thiên tai, trong khi đó cũng có nguyên nhân do yếu tố con người giải quyết chưa triệt để, phù hợp trong việc tính toán thiết kế và xây dựng hệ thống thoát nước khu vực , dẫn đến lượng nước tích lũy phần thượng lưu cao gây ngập úng, tràn qua đường gây hư hỏng kết cấu nền mặt đường

Thay đổi cách nhận định về phương pháp tính toán thủy lực thủy văn không còn phù hợp với thực tế do con người và biến đổi khí hậu gây nên Từ đó đề nghị giải pháp thiết kế phù hợp hơn để giảm ách tắc giao thông trong mưa lũ và giảm thời gian

ứ nước thượng lưu làm hư hỏng mùa màng , cơ sở hạ tầng khu vực

III Ý nghĩa khoa học và tính thực tiển của đề tài

Đoạn Quốc lộ 1A qua tỉnh Quảng nam từ Km 942 đến Km 1027 là tuyến đường xuyên Việt, hàng năm bị ngập cục bộ nhiều đoạn ,tồn tại nhiều năm và dẫn đến thiệt hại vô cùng lớn về tài sản , tính mạng con người

Ngoài ra còn tác hại dai dẳng quá trình ngấm nước nền đường, sạt lở hạ lưu dẫn đến đường xá hư hỏng ,sửa chửa cục bộ tốn kém, giảm khả năng thông hành, giảm tuổi thọ công trình

Quá trình nguyên cứu nguyên nhân có thể khắc phục được hoàn toàn hiện tượng trên nhưng chưa có một nghiên cứu nghiêm túc nên trường hợp này kéo dài nhiều năm

Hơn nữa việc thiệt hại đa số xé lẻ cho nhiều đối tượng tham gia ,và bị ảnh hưởng trực tiếp nên không có thống kê cụ thể mức độ thiệt hại, nhưng chỉ riêng việc

hư hỏng ,giảm tuổi thọ và khắc phục sửa chữa nhiều năm liền cũng không nhỏ

Nếu là bài toán đầu tư chưa kể đến lợi ích xã hội, dân sinh, quốc phòng trong thời gian tắc giao thông do ngập lụt thì cũng đã mang hiệu quả cao

Những nguyên nhân dẫn đến ngập tràn đoạn tuyến trên sau khi khảo sát, điều tra nghiên cứu và dẩn đến nhận định cụ thể như sau:

Trong quá trình tính toán thủy thủy lực thủy văn phục vụ cho thiết kế thi công các công trình cầu đường khu vực tỉnh Quảng nam mà các số liệu thống kê, các hệ số khu vực như hệ số địa mạo, mô đun dòng chảy, diện tích ao hồ, thẩm thấu… vẫn còn sử dụng tài liệu từ những năm 1993 mà chưa có một cuộc khảo sát đánh giá nghiêm túc và xác định lại chính xác các thông số phù hợp mới

Thực tế địa hình,hiện trạng thay đổi liên tục nhiều năm gần đây do nhiều nguyên nhân.Sự phát triển nhanh về kinh tế xã hội sau bao cấp, thay đổi do con người,như nạn phá rừng, định canh định cư, biến đổi khí hậu, Nhất là các thủy điện, đập nước đầu nguồn chưa có quy trình xã lũ, các thông số thủy lực thủy văn trong quá trình xã lũ hoàn toàn không hoặc chưa có thì việc tính toán theo các số liệu cũ hoàn toàn không phù hợp và chính xác dẫn đến tiết diện thoát nước hạn chế kể cả do tiết diện công trình trên tuyến hiện tại và khu vực hạ lưu không thông thoáng đáp ứng được nhu cầu thoát nước tối thiểu

Hệ thống thủy điện trên song Thu bồn Vu gia với diện tích lưu vực rộng 10,350km2 Hiện tượng rừng bị phá trên 50 %, nhiều công trình hồ đập thủy lợi, giao thông ,công nghiệp xây dựng Hệ thống hồ đập thủy điện trên 10 cái ngăn ngang từng đoạn làm thay đổi đặt trưng các thông số thủy văn khu vực., tích nước mùa cạn và xã

nước mùa lũ mà không có số liệu chính thức nào về tổng lượng, lưu lượng nước, thời gian xã lũ

Qua kết quả nghiên cứu nguyên nhân chính xác dẫn đến đoạn tuyến quốc lộ 1A qua Tỉnh Quảng nam bị ngập lụt từ đó xây dựng đề tài này với mục đích có sự nhìn nhận mới hơn , cụ thể và phù hợp hơn trong tính toán thiết kế lại các đoạn bị ngập để chống ùn tắc giao thông nhiều ngày khi có mưa lũ xãy ra Vì vậy đề tài này ngoài phương pháp tính toán thiết kế lại thì việc xây dựng mới các đoạn bị ngập cũng rất là bức thiết

Hiện tại có nhiều mô hình hổ trợ tương đối chính xác cho giả định nhờ hệ thống vệ tinh toàn cầu , mô hình ID mô phỏng sự vận chuyển nước và dòng chảy theo phương trình động lượng và liên tục là WMS và HEC-RAS

Bộ mô hình MIKE FLOOD được xây dựng và phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) đã và đang ứng dụng thành công trên một số lưu vực ở Việt Nam Cần thiết áp dụng cho khu vực Quảng nam để xác định, tiên đoán khả năng ngập lụt tràn

bờ sông Thu bồn Vu gia và khu vực ven biển dọc quốc lộ 1, Việc này giúp đánh giá chính xác nguyên nhân ngập giúp phần tính toán thủy lực thủy văn chuẩn xác hơn

Sử dụng các mô hình tiên tiến này để hổ trợ , đối chiếu kết quả tính toán theo đường tần suất và đĩnh lũ để xác định giá trị chính xác hơn phục vụ thiết kế trong hoàn cảnh các số liệu thủy lực thủy văn đầu nguồn không còn tin cậy được

Giải pháp cụ thể vừa khoa học vừa thực tiển theo đề tài gồm 3 bước:

1.Nhận định chính xác nguyên nhân đưa ra phương pháp luận để áp dụng trường hợp tính toán đĩnh lũ, lưu lượng nước theo tần suất yêu cầu cho phù hợp So sánh các ứng dụng tính toán mô hình , chọn đỉnh lũ và lưu lượng phù hợp

2 Thiết kế mới,theo kết cấu phù hợp trạng thái làm việc của công trình khi mưa lũ và

tổ chức thi công phù hợp với địa hình thực trạng, phù hợp tiến độ nhanh nhất

3 Khảo sát thượng, hạ lưu xác định thi công các công trình phụ trợ để tăng khả năng thoát nước hạ lưu lớn hơn yêu cầu và chia lưu lượng thượng lưu nếu có thể

Trên đây là giới thiệu đề tài mang ý nghĩa khoa học và tính thực tiển cấp thiết Vì sự việc tồn tại nhiều năm gây nhiều thiệt hại nhưng chưa có nghiên cứu cụ thể và biện pháp khắc phục hoàn toàn hiện trạng trên

V Đối tượng nghiên cứu

Theo thống kê những đoạn ngập lụt thường xuyên do mưa lũ của đoạn này gồm 9 vị trí tại các đoạn theo bản sau :

Căn cứ vào số liệu tính toán thủy lực thủy văn thiết kế cũ Tính toán theo lưu vực dòng chảy, dẫn đến bị ngập do lựơng nước tích lũy thượng lưu Sau khi nghiên cứu, khảo sát và quan trắc từng khu vực, xác định lại hiện tượng bị ngập, các số liệu

sử dụng trứơc đây không còn phù hợp cho nên thay đổi phương pháp tính lưu lượng

và đề xuất giải pháp thiết kế hợp lý

V Phạm vi nghiên cứu

Lưu vực khu vực tỉnh Quảng nam, số liệu thủy lực thủy văn ảnh hưởng đến lưu lượng thoát nước của các đoạn thường xuyên ngập của quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Quảng nam

Phân tích đặt trưng cụ thể của từng đoạn bị ngập lụt, phương pháp thực hiện áp dụng cho từng đoạn cụ thể

Đề nghị giải pháp thay đổi kết cấu phù hợp với tình hình phát triển kinh tế , xã hội sau này Phù hợp cho trường hợp nâng cấp quốc lộ 1A với trọng tâm giải quyết triệt để hiện tượng ngập tràn qua quốc lộ đoạn trên

Thống kê, thu thập số liệu thực tế khu vực qua các thông tin trên internet, các đơn vị quản lý giao thông, số liệu thủy lực thủy văn thực tế phù hợp, bản đồ đồng mức mới nhất, hồ sơ thiết kế tổng thể đoạn tuyến hiện tại

Phân tích chi tiết nguyên nhân từng vị trí đoạn bị ngập lụt Áp dụng các kết cấu, dạng công trình đang xây dựng đại trà trong nước phù hợp cho từng đoạn để đáp ứng giao thông thông suốt trong mưa lũ

Áp dụng các quy trình quy phạm hiện hành cho việc tính toán, thực hiện đề xuất thay đổi trắc dọc và kết cấu mặt đường trên

VI Kết cấu của luận văn

Luận văn với đề tài NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG NGẬP QUỐC LỘ 1A TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NAM TRONG ĐIỀU KIỆN LU LỤT Ở MIỀN TRUNG với nội dung thiết thực cho việc khắc phục ngập tràn quốc lộ 1A gây ách tắc giao thông trong nhiều giớ,thậm chí nhiều ngày, hư hỏng sau lũ và gây ngập úng thượng lưu phá hoại mùa màng, tài sản của dân khu vực

Dùng phương pháp tính toán thủy lực thủy văn cũng như nhận định nguyên nhân của đoạn tuyến cách đây trên 15 năm Cho nên việc áp dụng phương pháp tính lưu vực với các hệ số theo quy trình củ là không phù hợp Hơn nữa việc chặn sông và xây dựng quá nhiều hồ đập,thủy điện thượng lưu, xã lũ không có quy trình và thông số thủy lực thủy văn của từng đập cũng ảnh hưởng không nhỏ đến ngập lụt

Đề tài nghiên cứu thực tế với nhìn nhận nguyên nhân gây lũ lụt , dẫn đến ngập tràn đoạn tuyến theo thực trạng, căn cứ số liệu quan trắc để tính toán

Hơn nữa các số liệu để tính toán tích tụ nước, lưu lượng thượng lưu không còn chính xác, cho nên giải quyết bài toán thiết kế phù hợp không phải từ gốc mà dựa cơ

sở từ ngọn

Đề tài gồm 4 chương theo mục lục và sử dụng một số tài liệu liên quan có bản trích dẩn

Do tác động của địa hình, khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, lũ lụt xuất hiện tuỳ từng vùng, từng sông Lũ của các sông phân bố theo không gian không đồng nhất, nơi sớm, nơi muộn, nơi hung dữ, nơi hiền hoà Trong từng vùng nhỏ, do ảnh hưởng của địa hình mà sự hình thành, tính chất lũ lại có những đặc điểm riêng Nghiêm trọng nhất là tại các khu vực bão làm cho nước biển dâng cao và đưa nước vào sâu các cửa sông làm ngập các vùng đồng bằng rộng lớn Mặt khác mưa do bão gây ra khi gặp lũ sông đang ở giai đoạn lũ cao sẽ tạo ra lũ lớn đe doạ hệ thống đê điều

và nền dân sinh, kinh tế

Những thiên tai đó càng trầm trọng hơn do các hoạt động không hợp lý của con người Ở vùng rừng núi, việc chặt phá cây đã làm tăng xói mòn, lượng phù sa

và dòng chảy mặt nên mực nước lũ xảy ra cao hơn và sớm hơn thường kỳ Mưa bão,

lũ lụt đang trở thành thiên tai nghiêm trọng nhất ở nước ta

Mạng lưới sông suối ở Quảng nam có các đặc tính sau:

+ Mật độ cao

+ Dòng chảy chủ yếu theo hướng tây bắc - đông nam

+ Nhiều con sông nhánh tụ hội lại ở vùng thượng lưu trước khi đổ xuống hạ lưu quốc

lộ 1A

+ Dòng sông chảy xiết ở vùng núi cao rồi từ từ chảy chậm dần trước khi đổ ra biển

+ Hai mùa phân biệt của dòng chảy xảy ra vào mùa khô và mùa mưa

Hiện tượng lũ quét xuất hiện trên các lưu vực nhỏ, dốc ở vùng thượng nguồn của các con sông Vu gia, Thu bồn đã gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản

Dòng chảy lũ đôi khi mang theo bùn đá, cát sỏi bồi đắp phần hạ lưu làm giảm tiết diện thoát nước tự nhiên gây ngập lụt

Ngoài biến đổi khí hậu , các yếu tố mặt đệm (rừng, thổ nhưỡng ), yếu tố địa hình, sự hoạt động kinh tế của con người như xây dựng đập nức thủy điện cũng ảnh hưởng lớn đến sự hình thành dòng chảy khu vực, Việc nghiên cứu toàn diện các yếu

tố khí tượng, thuỷ văn mới nhất để có được những giải pháp thích hợp, đảm bảo được tính bền vững của công trình trước những tác động biến đổi liên tục thiên nhiên

và con người rất quan trọng trong công tác khảo sát thiết kế công trình giao thông

là 10350km2

Trước khi chảy ra biển, dòng chính của hệ thống sông Thu Bồn nhận sông Vụ Gia do sông Cái và sông Bung hợp thành Hạ lưu sông Thu Bồn lưới sông phát triển chằng chịt với nhiều phân lưu để thoát nước ra biển như sông Ngang, Vĩnh Điện, sông Tĩnh Yên đổ vào vịnh Đà Nẵng qua sông Hàn, sông Trường đổ vào vịnh An Hoà Hiện tượng bồi lấp, xói lở dòng sông vùng hạ lưu rất phức tạp, là một vấn đề nghiêm trọng đối với sản xuất và đời sống

Mùa lũ bắt đầu từ tháng 9 và kết thúc vào tháng12 Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm khoảng 65% lượng dòng chảy cả năm, trong đó lượng dòng chảy lớn nhất xuất hiện vào tháng 10 hay tháng 11 chiếm khoảng 25 ữ 35% lượng dòng chảy cả năm

Tỷ lệ lưu lượng tháng nhỏ nhất và tháng lớn nhất có thể đạt tới trên 700 lần Trong vòng 20 năm trở lại đây đã xảy ra 15 tới 16 trận lũ lớn, trong đó trận lũ tháng 11 năm 1964 là lớn hơn cả

Mùa cạn thường bắt đầu từ tháng 1 và kéo dài tới tháng 9 Lượng dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng 35% lượng dòng chảy cả năm Thời kỳ kiệt nhất vào tháng 4

việc xây dựng, khai thác và bảo vệ công trình, được xác định bằng phương trình quan hệ giữa các phí tổn và tần suất hoặc bằng biểu đồ quan hệ giữa hai đại lượng đó Trong thực tế việc xác định các đại lượng liên quan đó là rất phức tạp nên người ta quy định tần suất lũ tính toán theo các cấp công trình

Khi xây dựng công trình, để phòng chống lũ, người ta cần biết độ lớn của lũ có thể xảy ra Muốn tránh đựợc tác hại do lũ, công trình phải đủ cao,,đủ vững để không bị ngập, bị phá hoại Lũ có thể xảy ra đối với công trình là lũ quy định theo tầm quan trọng, mức đầu tư cần thiết Từ tầm quan trọng đó,độ lớn của lũ tính toán được quy theo tần suất xuất hiện Tần suất này ứng với cực tiểu của chi phí có thể trong việc xây dựng, khai thác và bảo vệ công trình, được xác định bằng phương trình quan hệ giữa các phí tổn và tần suất hoặc bằng biểu đồ quan hệ giữa hai đại lượng đó

Trong thực tế việc xác định các đại lượng liên quan đó là rất phức tạp nên người

ta quy định tần suất lũ tính toán theo các cấp công trình

ở Việt Nam, tần suất lũ tính toán đối với công trình cầu đường được quy định trong các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn thiết kế (22 TCN 18 – 79, TCVN 4054–1998, TCVN

5729 – 1997, 22 TCN 272 – 01, 22 TCN 273 – 01

Trong tính toán cho các điểm bị ngập cục bộ trên tuyến Quốc lộ 1a đoạn qua Quảng nam ta chọn theo tiêu chuẩn đường cao tốc theo TCVN 5729-1997, tần suất tính toán mức nước lũ cho nền đường và công trình cầu cống là 1%

2.3 Một số lưu ý trong công tác tính toán thuỷ văn cầu đường

Qua thực tiễn, người ta đi đến nhận thức rằng, không thể khống chế hoàn toàn

lũ lụt, nhưng có thể khống chế thiệt hại của nó bằng những biện pháp khác nhau nhằm làm cho lũ lụt khi xảy ra không đưa đến thiệt hại hoặc ít nhất cũng hạn chế được thiệt hại đó

Đề xuất phương án dựa trên cơ sở khào sát thực tế,theo dỏi thường xuyên, nhận định có cơ sở, tìm hiểu đầy đủ về nguyên nhân gây lũ và các nguy cơ do nó gây nên

Việc xác định các thông số thuỷ văn, thuỷ lực phục vụ thiết kế các công trình giao thông đoạn tuyến này phải dựa trên các tài liệu về địa hình, khí tượng thuỷ văn cùng với các công tác khảo sát tại thực địa Dựa trên các số liệu quan trắc hiện

có kết hợp với tài liệu khảo sát, tiến hành chỉnh lý và xác định phương pháp tính toán thích hợp

Tuyến hầu như đi dọc biển và đồng bằng nên tránh được hiện tượng lũ quét gây ra những tàn phá bất ngờ và nghiêm trọng.công trình hạ tầng cơ sở không bị vùi lấp trong đất đá

Do điều kiện địa hình, các tuyến đường thường đi dọc theo biển nên cần chú

ý đến ảnh hưởng nước dềnh do thủy triều và các cửa sông lớn gây ra Cũng cần chú ý tới các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện hiện xã lũ để hoạch định cao độ đỉnh lũ của đạn tuyến Hiện tại chưa có số liệu và thời gian xả lũ của các công trình thủy điện dọc sông Thu bồn Cho nên việc tính toán thủy lực thủy văn cần nhân thêm hệ số an toàn nào đó hoặc đưa về dạng tính toán thủy lực theo quan trắc thì kết quả mới gần thực tế hơn

Mực nước cao nhất của các sông nội đồng là mực nước úng trong các ô Việc tính toán thuỷ văn chủ yếu dựa vào các số liệu điều tra về ngập lụt kết hợp với tính toán về mưa và tiêu thoát nước để xác định mực nước ứng với các tần suất thiết kế

Nguyên nhân gây ngập lụt chủ yếu là do nước lũ tràn bờ làm ngập các bãi sông Nguyên nhân gây ngập lụt ở vùng này còn là nước dâng do bão và lũ kết hợp Một đặc điểm nữa là do các cồn cát dọc bờ biển tiến dần vào bờ, sông ngòi chảy quanh co theo hướng các dải cồn cát để tìm lối thoát ra biển làm cho nước ứ dềnh rút chậm

Phương pháp tính toán thuỷ văn đối với vùng này có thể dựa trên cơ sở tính toán cân bằng thuỷ văn và thuỷ lực kết hợp với tính toán nước dâng thiết kế Vấn đề cần lưu ý

đối với khu vực tuyến quốc lộ qua là lượng nước chảy tràn rất lớn, Hiện tại một số đoạn ngập lục vì không bố trí đủ công trình thoát nước , gây ra ngập lụt nặng nề hơn

ở thượng lưu công trình, ảnh hưởng đến môi sinh và kinh tế

Do nước ngập lụt tràn lan, phân lưu không rõ rệt nên trong tính toán cũng cần phải xét đến hiện tượng trao đổi nước giữa các lưu vực lân cận

Trong mùa lũ, thủy triều ở vùng cửa sông bị biến dạng đáng kể Trong thời kỳ này phải khảo sát theo dổi thời gian hướng nước lúc nào chảy ngược, chảy xuôi để tiên đoán mực nước cao nhất cho chính xác

Đáng chú ý là tổ hợp của lũ và triều có cường độ khác nhau có thể dẫn đến các hệ quả khác nhau Khi chảy xuôi, dòng triều góp phần làm cho lũ thoát nhanh hơn và trái lại, khi chảy ngược nó làm cho nước bị dồn ứ, thời gian lũ và ngập lụt bị kéo dài

Việc tính toán thuỷ văn, thuỷ lực cho công trình cầu đường ở vùng ven biển

như đoạn tuyến QL 1A qua Quảng nam hiện nay ở nước ta còn gặp nhiều khó khăn,

số liệu thủy văn hạn chế và cần có sự phối hợp của các cơ quan nghiên cứu Số liệu quan trọng cần thu thập để phục vụ cho tính toán là các tài liệu điều tra khảo sát hiện trường

Các phương pháp tính toán thuỷ văn, thuỷ lực đối với công trình cầu đường đoạn tuyến QL 1A qua Quảng nam sẽ áp dụng từng phương pháp cụ thể cho từng đoạn bị ngập lụt theo nguyên nhân, đặc điểm thuỷ văn khác nhau sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo

2.4.Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

Dùng Phương pháp thống kê xác suất hầu hết cho các trường hợp tính toán lại lưu lượng đỉnh lũ có tài liệu quan trắc trong nhiều năm, và dùng phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy, khảo sát vết đỉnh lũ, tham khảo qua nhân dân từng chứng kiến ở địa phương dùng trong trường hợp thiếu tài liệu thực đo

Vấn đề chọn dạng đường tần suất trong tính toán dòng chảy lũ chọn đường phân phối xác suất thích hợp

Trong thực tế với dòng chảy lũ ở nước ta thường dùng các dạng đường tần suất như: Pearson III (PIII), Kritski-Menkel (K-M), Logarit PIII

a.Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi có tài liệu đo đạc thuỷ văn

Do dòng chảy lũ là hiện tượng phức tạp về nguyên nhân hình thành, về số lượng các trận lũ trong năm, tính biến động của chuỗi thống kê các đặc trưng lũ nên khi nghiên cứu tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cũng cần phải xem xét các vấn đề khác như: chọn mẫu; xử lý lũ đặc biệt lớn, dạng đường tần suất và hệ số an toàn lũ

Những qui định về chuỗi số liệu quan trắc

Trong thực tế tính toán, chuỗi quan trắc thuỷ văn dù có dài bao nhiêu nó cũng chỉ là một mẫu so với tổng thể của chúng Vì vậy muốn mẫu đó phản ánh được tình hình phân bố của tổng thể thì chúng phải có tính đại biểu, đồng nhất và ngẫu nhiên độc lập

Tài liệu quan trắc được xem là đủ tin cậy có thể sử dụng trực tiếp vào công tác tính toán phải đảm bảo được các yêu cầu sau đây:

- Những trị số lưu lượng lớn nhất hàng năm xác định theo đường quan hệ lưu lượng ~ mực nước [Q=f(H)] vẽ theo tài liệu lưu lượng mực nước thực đo đến trị số cao nhất, hoặc được ngoại suy một cách đáng tin cậy bằng các phương pháp qui định trong qui phạm

- Số lần đo đạc trong quá trình từng trận lũ phải đủ đảm bảo bắt được mực nước cao nhất của trận lũ

- Liệt quan trắc phải liên tục và khống chế được những năm có lũ lớn;

- Số năm quan trắc không ít hơn 20 năm Trong trường hợp thời gian quan trắc ngắn hơn qui định thì cần phân tích tính đại biểu của liệt đó bằng cách so sánh với tài liệu của lưu vực tương tự có tài liệu dài Các đặc trưng thống kê Qtb,Cv, Cs tính theo liệt ngắn

không được chênh lệch quá ± 15% so với kết quả tính theo liệt dài

Dùng một số chương trình lập sẵn để tính và vẽ đường tần suất: Chương trình TSTV2008 của tác giả Đặng Duy Hiển - Cục Thuỷ lợi, Bộ NN và PTNT;

2.5.Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi chuỗi tài liệu quan trắc ngắn

Khi chuỗi số liệu quan trắc ngắn thì cần phải bổ sung kéo dài tài liệu hoặc thay đổi cách lấy mẫu Việc kéo dài được thực hiện bằng phương pháp đồ giải hay giải tích Nếu tại tuyến vị trí công trình có tài liệu lưu lượng lũ không ít hơn 10 - 15 năm

và ở lưu vực tương tự có tài liệu đo đạc không ít hơn 20 - 30 năm có thể kéo dài và

bổ sung tài liệu theo trình tự sau:

- Chọn lưu vực tương tự của các sông lân cận hoặc các tuyến công trình ở thượng lưu

và hạ lưu có chuỗi lưu lượng lũ thực đo không ít hơn 20 năm Lưu vực tương tự và lưu vực tính toán phải có điều kiện hình thành dòng chảy lũ đồng nhất Khi chọn lưu vực tương tự phải thoả mãn các điều kiện và tài liệu lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ lớn nhất của hai lưu vực trong thời gian quan trắc song song phải dao động đồng bộ, có tính chu kỳ

- Khảo sát sự thay đổi đồng bộ của dao động dòng chảy lũ của một hoặc nhiều lưu vực tương tự và lưu vực tính toán theo nhiều năm thực đo (vẽ trên cùng biểu đồ theo trình tự thời gian lưu lượng lớn nhất các năm của lưu vực tương tự và tính toán) từ đó chọn lưu vực có thời gian quan trắc dài và đồng bộ làm lưu vực tương tự;

- Xây dựng quan hệ tương quan để bổ sung và kéo dài tài liệu lưu lượng lớn nhất cho lưu vực tính toán (hệ số tương quan r ≥ 0,8)

2.6 Tính lưu lượng đỉnh lũ theo phương pháp siêu định lượng

Khi chuỗi số liệu dòng chảy lũ quá ngắn không thể kéo dài tài liệu theo phương pháp tương quan lúc đó có thể thay đổi cách chọn mẫu để tăng dung lượng thống kê, nâng cao tính đại biểu của mẫu

Lũ do mưa rào sinh ra có thể xuất hiện nhiều trận trong một năm, vì vậy ngoài phương pháp chọn mỗi năm một đỉnh lớn nhất còn có thể chọn mẫu theo các cách sau đây:

- Chọn lưu lượng đỉnh lũ lớn hơn một giới hạn nào đó Lưu lượng giới hạn này có thể lấy bằng lưu lượng lớn nhất của năm có lũ nhỏ nhất trong số năm quan trắc, theo kinh nghiệm có thể lấy lưu lượng giới hạn này bằng 3, 4 hoặc 5 lần lưu lượng bình quân nhiều năm

- Chọn mỗi năm nhiều đỉnh: chọn mỗi năm khoảng 2 - 3 con lũ lớn nhất

Với cách chọn mẫu như vậy thì dung lượng mẫu sẽ lớn hơn nhiều số năm quan trắc, vì vậy tần suất xuất hiện của mỗi trị số là tần suất lần chứ không phải là tần suất năm Từ tần suất lần Pl chuyển sang tần suất năm P theo công thức sau:

2.7 Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo phương pháp kéo dài chuỗi số liệu quan trắc ra thời kỳ nhiều năm

Khi liệt quan trắc ngắn và không đủ tính đại biểu để xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, cần tiến hành kéo dài tài liệu dòng chảy của trạm tính toán Việc kéo dài này được thực hiện nhờ phân tích tương quan hay các mô hình toán thuỷ văn

• Phân tích tương quan, theo phương pháp này có thể:

- Kéo dài và bổ sung theo dòng chảy tương ứng của trạm thượng, hạ lưu hay lưu vực lân cận có chuỗi quan trắc dài đồng bộ và có quan hệ tương đối chặt chẽ;

- Kéo dài và bổ sung lẫn nhau theo quan hệ tương quan chặt giữa đỉnh lũ và lượng lũ

- Kéo dài và bổ sung tài liệu lũ theo tài liệu mưa bằng quan hệ tương quan chặt chẽ giữa mưa lũ và lũ tương ứng

Quan hệ tương quan gồm có tương quan tuyến tính và tương quan phi tuyến

Đối với tương quan tuyến tính có thể dùng phương pháp giải tích với các bước thực hiện như sau:

- Chọn lưu vực sông tương tự (theo các điều kiện trên);

Dựa vào phương trình trên chuổi số liệu kéo dài theo số liệu lưu vực tương tự, dùng để tính lưu lựng đỉnh lũ Mượn số liệu trạm lân cận gần giống nhau địa hình cũng có thể sử dụng cho tính toán

2.8 Tính mực nước đỉnh lũ thiết kế

a Tính mực nước đỉnh lũ thiết kế khi có đủ tài liệu quan trắc mực nước

Khi có đủ tài liệu quan trắc mực nước liên tục trong nhiều năm, chọn mỗi

Dựa vào phương trình trên chuỗi số liệu được kéo dài theo số liệu của lưu vực tưang tự Sau đó dùng chuỗi số liệu này tính toàn lưu lượng đỉnh lũ giống như trường hợp có đủ số liệu Trong trường hợp trạm lân cân và khu vực nghiên cứu gần nhau địa hình ít thay đổi thì có thể mượn trực tiếp tài liệu của trạm lân cân

Bên cạnh đó cũng có thể dùng phương pháp đồ giải để tìm tương quan tuyến tính:

trong đó:

m: số điểm ở góc phần tư thứ nhất và thứ 3;

n: tổng số điểm quan hệ

Một số lưu ý:

- Khi tính các thông số cho liệt quan trắc mực nước cần chú ý là giá trị trị số trung bình (Htb) và hệ số biến động (Cv) phụ thuộc vào mốc cơ bản qui định Mốc càng thấp thì trị số Htb càng lớn và hệ số Cv càng bé Để tăng độ nhạy của hệ số biến động

Cv khi xây dựng đường tần suất và giảm khối lượng tính toán có thể trừ các trị số mực nước trong liệt thực đo 1 hằng số A (trị số A có thể lấy để cho H có thể giảm nhỏ nhưng không

âm) Trị số mực nước thiết kế tính theo liệt mới được chuyển về mốc cũ theo công thức:

Hp = Hp * + A

Hp: trị số mực nước thiết kế ứng với P%, m;

Hp*: trị số mực nước theo liệt mới ứng với P%, m

- Khi chuyển mực nước tính toán từ trạm đo về vị trí tuyến công trình cùng nằm trên một con sông có thể tuỳ theo khoảng cách từ trạm đo và tuyến công trình, lượng nước gia nhập vào khu giữa 2 tuyến đó, độ dốc mặt nước, địa mạo lòng sông mà chọn một trong các phương pháp sau đây:

- Theo đường cong quan hệ Q = f(H);

- Theo đường quan hệ mực nước tương ứng;

- Theo độ dốc mặt nước

Các mực nước thiết kế phải ăn khớp với mực nước của các trạm đo mực nước khác dọc trên chiều dài sông Nên nhớ một phần không nhỏ vùng lân cận sông , nước tràn qua đường chính nguyên nhân là do mực nước sông dâng cao

- Đường cong Q = f(H) có thể sử dụng trong việc chuyển mực nước ở những đoạn sông dài không có hoặc ít sông nhánh, với điều kiện trạm đo có nhiều tài liệu quan trắc và quan hệ Q= f(H) là đáng tin cậy Trên đoạn sông đó cần có một vài trạm

đo mực nước tạm thời có tài liệu quan trắc đồng thời cùng với trạm chính có tài

liệu quan trắc dài;

- Có thể sử dụng mực nước tương ứng vào việc chuyển mực nước, nếu xu thế của quan hệ này ở đoạn trên ổn định rõ ràng và các mực nước tương ứng quan trắc được phải khống chế ít nhất là 80% biên độ dao động mực nước ở trạm chính trong thời gian nhiều năm Đường quan hệ mực nước tương ứng xây dựng theo tài liệu Hmax trong năm và một số đặc trưng khác

2.9 Tính mực nước đỉnh lũ thiết kế khi chuỗi quan trắc ngắn

Khi chuỗi số liệu mực nước cao nhất không thoả mãn yêu cầu để lập đường tần suất thì dùng quan hệ mực nước của trạm khác có số liệu quan trắc dài hơn để bổ sung dãy số Tài liệu đo đồng bộ để lập tương quan phải khống chế được mực nước thấp và mực nước cao Hệ số tương quan γ ≥ 0,80

2.10 Tính toán dòng chảy khi những đoạn tuyến bị ảnh hưởng nước dềnh sông lớn:

Vị trí tuyến đường chạy gần sông, thường thường cầu cống đều bị ảnh hưởng nước tràn ngược do nước sông lớn (L) dâng lên và chảy ngược vào thượng lưu tuyến, đỉnh lũ của sông Lớn thường rất cao Nước dồn từ sông L vào thựơng lưu tuyến lan tới trên vị trí đoạn tuyến Do đó tính toán thủy lực ,thủy văn theo dạng nước tràn

a Tính lưu lượng thiết kế khi có số liệu quan trắc thuỷ văn

Tài liệu ban đầu:

• Số liệu mực nước giờ của trận lũ điển hình, tại tim cầu:

- Trường hợp 1: nếu thượng hạ lưu cầu lớn có trạm thuỷ văn quan trắc mực nước trong nhiều năm, thì tại cầu cần tổ chức quan trắc mực nước của một mùa lụ Sau đó lập tương quan mực nước giữa vị trí cầu và trạm thuỷ văn để kéo dài mực nước tại cầu ra thời kỳ nhiều nặm

- Trường hợp 2: nếu thượng hạ lưu cầu lớn không có trạm thuỷ văn, thì cần tiến hành quan trắc mực nước tại cầu ít nhất trong một mùa lũ

• Bình đồ địa hình hoặc bản đồ tỷ lệ 1/5000; 1/10000 Phạm vi của bản đồ phải bao quát hết phạm vi ảnh hưởng nước dềnh của sông lớn về phía thượng lưu công trình

b Công thức tính lưu lượng:

Trường hợp bất lợi nhất của chế độ thuỷ lực tại cầu là: sông nhánh phát sinh đỉnh lũ lớn nhất, trong khi lưu vực sông nhánh ở thượng lưu cầu nước sông lớn đã

tràn đầy bắt đầu rút mạnh Đó chính là tổ hợp giữa giá trị cực đại của nước dềnh sông

lớn với đỉnh lũ bản thân sông nhánh cùng thoát qua cầu về hạ lưu Khi đó dh/dt (tốc

độ nước rút) có trị số âm nên có công thức tính lưu lượng như sau:

Trong đó:

xác định trên đồ thị (4) có hình dưới

Qp: lưu lượng lũ bản thân sông nhánh ứng với tần suất thiết kế, m3/s

dh

Bước l: Tính lưu lượng nước dềnh sông lớn

Xây dựng đồ thị xác định lưu lượng nước dềnh sông lớn :

Chọn một trân lũ điển hình có sự tổ hợp lũ lớn nhất giữa sông lớn và sông nhánh trong thời kỳ quan trắc để xây dựng các biểu đồ sau:

3 Vẽ đường quá trình mực nước H=f(tgiờ): đồ thị (l)

4 Vẽ đường quan hê H =f(dh/dt): đồ thị (2)

5 Vẽ đường quan hê H =f(Q) : đồ thị (3)

6 Vẽ đường quan hê H =f(q = Qdh/dt): đồ thị (4)

7

Chọn đồ thị (3) để tính toán: dựa vào bình đồ địa hình hoặc bản đồ tỷ lệ 1/5000, 1/10000 xác định diện tích mặt nước dềnh khu vực phía thượng lưu cầu (Q) tương ứng với các cấp mực nước trên đồ thị (1) Như vậy ứng với mỗi mực nước Hi xác định được Qi tương ứng Với nhiều cặp Hi, Qi ta vẽ được đường quan hệ H=f(Q)

2.11 Tính lưu lượng lũ bản thân sông đoạn tuyến ảnh hưởng nước dềnh sông lớn ứng với tần suất thiết kế (Qp):

Các trường hợp tính toán như sau:

Trường hợp 1:

Nếu tại vị trí cầu có trạm quan trắc lưu lượng và số năm quan trắc đủ dài thì lưu

lượng thiết kế tính theo phương pháp thống kê xác suất Trị số lưu lượng này chính

là lưu lượng thiết kế cầu, bao gồm lưu lượng lũ bản thân sông nhánh và lưu lượng nước dềnh sông lớn

Trường hợp a: trạm thuỷ văn này vẫn nằm trong phạm vi ảnh hưởng nước dềnh sông lớn;

Trường hợp b: trạm thuỷ văn nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng nước dềnh sông lớn

Mỗi trường hợp có cách tính sau:

Trường hợp a: Lưu lượng thiết kế tại cầu tính theo phương pháp lưu vực tương

tự, theo tài liệu quan trắc của trạm thuỷ văn thượng lưu hoặc trạm thuỷ văn hạ lưu

Trường hợp b: lưu lượng thiết kế tính theo công thức trong đó:

Trị số Qp: cách tính như trường hợp a, nhưng kết quả lưu lượng tính toán là lưu lượng lũ bản thân sông nhánh tại vị trí cầu

1.Tính mực nước thiết kế

Phần lớn các trường hợp đều không thu thập được tài liệu quan trắc thuỷ văn nên vấn

đề tính toán gặp rất nhiều khó khăn Thông thường trên sông lớn và sông nhánh chỉ

có thể điều tra được một vài mực nước lũ lịch sử và mực nước trung bình hàng năm,

vị trí điều tra nằm ngoài phạm vi ứ dềnh Khi đó phải dựa vào cách xác định mực nước sẽ xảy ra dưới cầu trong trường hợp bất lợi nhất (lũ sông lớn và sông nhánh cùng rút) Có thể dùng phương pháp đơn giản sau đây của Tôpêliuliman, để tính ra mực nước dềnh dưới cầu Hc

Công thức Tôpêliuliman như sau:

trong đó:

io: độ dốc bình quân lòng sông nhánh; lA: khoảng cách từ cầu đến cửa sông, m;

Z1: hiệu số giữa mực nước dồn ngược và mực nước tương ứng với ho tại cửa sông,

m;

ZA: hiệu số giữa mực nước dồn ngược và mực nước tương ứng với ho tại tim cầu, m;

ho: độ sâu bình quân của sông nhánh, không kể nước dồn ngược, m

ωBT, ωBP: diện tích bãi trái, bãi phải, m2;

BB T,B B p: chiều rộng bãi trái, bãi phải, m;

ωch,Bch: diện tích và chiều rộng dòng chủ, m2;

KT,Kp: tỷ số giữa lưu tốc bãi trái với lưu tốc dòng chủ và lưu tốc bãi phải với lưu tốc dòng chủ;

f(Z1/ho) và f(ZA/ho): hai hàm số tính sẵn của Tôpêliuliman, xác định theo bảng 3-1

Căn cứ vào các công thức trên sẽ tìm ra ZA và ZA+ho tức là mực nước dưới cầu kể cả nước dồn ngược;

L: khoảng cách đoạn sông nhánh bị ảnh hưởng ứ dềnh của sông lớn tính từ cửa sông trở lên;

2.12 Tính toán dòng chảy trong khu vực ảnh hưởng của thuỷ triều

Triều dâng và triều rút làm thay đổi mực nước và lưu lượng trong sộng Ngoài ra còn làm thay đổi lưu tốc và hướng chảy Khi thủy triều dâng tạo nên dòng chảy chậm tạm thời và có hướng ngược lai Khi triều xuống nước rút tốc độ tăng lên

3 Tính lưu lương và mực nước tính toán, khi không có tài liêu quan trắc

trong đó :

QP: lưu lượng bản thân ứng với tần suất thiết kế, m3/s;

Atd: thời gian trung bình triều dâng trong mùa lũ, không nhỏ hơn 15 ngày đêm, h;

Atr: như trên đối với triều rut, h;

Wo: thể tích triều dâng, m3, xác định theo công thức sau:

Wo = 0,33Ldhd(Bc+BL)+Kd

Ld: chiều dài ảnh hưởng lên thượng lưu vị trí cầu lúc triều dâng cao, m;

hd: độ cao triều dâng trên mực nước trung bình, trong thời kỳ 15 ngày ở mặt cắt vị trí cầu, m;

Bc: chiều rộng ngập tràn của sông trong thời kỳ triều dâng lớn nhất ở mặt cắt vị trí cầu, m;

Bl: chiều rộng ngập tràn của sông ở mặt cắt thượng lưu vị trí cầu một khoảng Ld,

m;

Kd: thể tích triều dâng trên sông nhánh , xác định theo công thức:

Bci: chiều rộng ngập tràn của sông nhánh ở cửa sông, m;

bị chiều rộng ngập tràn ở chỗ giao thao sóng triều trên sông nhánh, m;

4 i: chiều dài lan ảnh hưởng triều dâng theo sông nhánh, m;

Ahi: Độ cao triều dâng ở cửa sông nhánh, m

Cao độ mực nước lũ lớn khi triều dâng (Hd), xác định theo công thức sau:

hmax; hmin: độ chênh lệch mực nước lớn nhất và nhỏ nhất của triều dâng, m;

Ahd: sự tăng sóng triều phụ thuộc vào lực gió cùng hướng, lấy bằng (0,70 • 1,20)hd

Bảng 3-5

Bàng tra Kh

8 Tính lưu lượng thiết kế cầu trên sông ành hưởng thuỷ triều khi có tài liêu quan trắc

Ở sông có ảnh hưởng thuỷ triều hoàn toàn khác với sông ở trạng thái tự nhiên khi mực nước cao nhất sinh ra lưu lượng lớn nhất, vì mặt cắt thoát nước rất lớn, lưu tốc tương ứng giảm nhỏ, nên chưa chắc đã là trường hợp khống chế nguy hiểm nhất đối với khẩu độ cầu Ngược lại khi lưu lượng tính toán tương đối nhỏ, ở mực nước thấp hơn, có thể trở thành lưu lượng tính toán khống chế khẩu độ cầu Cùng một lưu lượng có thể xuất hiện ở giới hạn dưới trong phạm vi biên độ mực nước, lưu tốc tương ứng lớn nhất xuất hiện trường hợp bất lợi nhất với khẩu độ cầu Do đó đem mực nước ở giới hạn dưới tương ứng với các loại lưu lượng nối thành đường cong quan hê Q ~H, sẽ được đường cong lưu lượng tính toán

Phương pháp vẽ đường cong lưu lượng tính toán là chấm tất cả các điểm quan

hê giữa mực nước lưu lượng, sau đó vẽ đường bao ngoài ở phía bên phải các điểm, được đường cong lưu lượng tính toán, Qp=f(H)

2.13 Khẩu độ cống và các nguyên tắc tính toán thuỷ lực cống

Khi đặt cống ngang đường, do mặt cắt ngang cống thường nhỏ hơn mặt cắt ngang dòng chảy tự nhiên nên đã tạo ra nước dâng và một vùng bị ảnh hưởng nước dâng trước cống Khẩu độ cống gắn liền với yếu tố này Nếu khẩu độ cống lớn thì chiều sâu nước dâng và thời gian nước dâng sẽ nhỏ và ngược lại Như vậy trước khi xác định khẩu độ cống cần quan tâm tới cột nước dâng trước cống và phạm vi dâng trước cống (tích nước trước cống) và đánh giá các điều kiện rủi ro:

- Thiệt hại tài sản vùng gần nơi đặt cống;

- Làm hỏng cống và đường

Đối với kiểm soát hạ lưu, lưu lượng, hình thức và chế độ chảy của cống không chỉ do các yếu tố chi phối kiểm soát thượng lưu (tổn thất cửa vào và cột nước tốc độ trong cống) mà còn do cao độ mực nước ở cửa ra của cống, độ dốc, chiều dài

và độ nhám của cống quyết đinh Chế độ chảy của cống có thể là chảy không đầy hay chảy đầy cống phụ thuộc vào tập hợp các yếu tố đã nêu Khi cột nước trước cống

và khẩu độ cống xác định thì chiều dài cống, độ nhám cống và chiều sâu nước hạ lưu

là yếu tố quyết định chính hình thức và chế độ chảy của cống còn kích thước và hình thức cửa vào là yếu tố thứ yếu

Chế độ chảy của cống có thể phân chia thành các trường hợp sau:

- Chảy không ngập cửa vào và cửa ra (chảy tự do, chảy không áp);

- Ngập cửa vào, cửa ra không ngập, cống chảy không đầy cống;

- Ngập cửa vào, cửa ra không ngập, chảy đầy cống;

- Ngập cửa vào và cửa ra (chảy ngập hoàn toàn, chảy có áp)

Để tiện cho công tác tính toán và lựa chọn khẩu độ cống, khả năng thoát nước của các loại cống tương ứng với các điều kiện chảy nêu trên được lập thành bảng tra

và xác định theo toán độ

a Các xem xét khi thiết kế cống:

- Chiều cao nước dâng trước cống thông thường được giới hạn H <1,5D Đối với

hđ: chiều cao đất đắp trên cống (thường ≥ 0,5 m);

H: cột nước dâng trước cống;

đối với cống khẩu độ lớn hơn và bằng 2m thì Δ ≥ 1,0m

Tuỳ theo điều kiện địa hình nhiều khi cần phải nắn suối, cải tạo địa hình tức

là thiết kế kênh dẫn thượng và hạ lưu cống sao cho dòng chảy êm thuân Kích thước của kênh phải thoả mãn các điều kiện thuỷ lưc Tốc độ dòng chảy phải đủ lớn để ngăn cản lắng đọng bùn cát và cây cỏ phát triển (thừờng từ 0,6 – 0,9ms/) song phải đủ nhỏ để không gây xói lở

b Các bước tính toán thuỷ lực cống:

Trong một số trường hợp cần tính toán thuỷ lực cống một cách chi tiết, các bước tính toán cần tiến hành như sau:

+ Tính thuỷ lực phần cửa vào;

+ Tính thuỷ lực phần cửa rạ

• Tính thuỷ lực phần cửa vào bao gồm xác định:

- Điều kiện làm việc của cống (cửa vào bị ngập hoặc không bị ngập); chiều dày đắp đất tối thiểu;

- Kích thước cống;

- Chiều sâu dòng chảy trước cống;

• Tính phần cửa ra sao cho đảm bảo cống được ổn định từ phía hạ lưu

- Tốc độ dòng chảy ở cửa ra, tốc độ không xói;

- Phạm vi gia cố, chiều sâu gia cố chống xói và công trình tiêu năng lượng; Sau đây là một vài gợi ý về bảo vệ chống xói hạ lưu:

- Không cần bảo vệ chống xói riêng biệt: vr = 2,5ms/;

- Lát đá và đổ đá trong phạm vi 3D: vr = 4,0ms/

- Lát đá và có gờ chống xói: vr = 6,0ms/;

- Công trình tiêu năng: vr > 6,0ms/

Đối với những khu vực mực nước lớn nhất và lưu lượng lớn nhất nhiều khi không xảy ra đồng thời, do đó khi tính toán các thông số thuỷ lực tương ứng với lưu lượng lớn nhất cần chỉ ra mực nước tính toán tại thời điểm này

− Khu vực chịu ảnh hưởng của nước dềnh sông lớn và thuỷ triều: Mực nước lớn nhất trong khu vực này thông thường là mực nước đỉnh triều hoặc đỉnh lũ trên các sông lớn Tuy nhiên, dao động thủy triều sẽ giảm dần khi vào sâu trong các kênh rạch Do đó trên thực tế mực nước lớn nhất tại các khu vực nằm cách xa sông chỉ tương đương với mực nước trung bình trên các sông lớn Thực tế cho thấy tại nhiều khu vực mặc dù nối thông với sông lớn nhưng mực nước lớn nhất lại thấp hơn trên sông chính từ 30cm tới 70cm

- Khẩu độ công trình thoát nước cần phải tính đến khả năng sẽ đô thị hoá hoặc chuyển đổi mục đích sử dụng một phần diện tích lưu vực Khi đó chỉ tiêu thoát nước

sẽ tăng lên đáng kể

- Các vấn đề cần lưu ý khi thiết kế vị trí cống thoát nước :

Khi thiết kế công trình thoát nước trong khu vực đồng bằng, cần quan tâm tới các yếu tố sau đây:

- Đảm bảo các yêu cầu của sản xuất nông nghiệp như: bố trí cửa hoặc khe phải để điều tiết dòng chảy (nếu cần thiết); Có các biện pháp gia cố tại cửa ra để không gây xói kênh mương

- Cao độ đáy các công trình thoát nước cần phù hợp với cao độ đáy kênh mương sau khi nạo vét, hoặc thấp hơn cao độ dòng chảy hiện tại tối thiểu từ 20cm tới 30cm

- Trong trường hợp thiết kế công trình cống, đặc biệt là các cống hộp, cống bản không nên thiết kế cống chảy ngập, cần đảm bảo tĩnh không từ mực nước lớn nhất tới đỉnh cống để đảm bảo bèo rác trong kênh mương không bị dồn tắc tại vị trí cống

−Vận tốc dòng chảy thiết kế trong các kênh mương khu vực đồng bằng nên nhỏ hơn 1,5 - 2,0ms/ Đối với kênh mương đã được bê tông hoá có thể lớn hơn, tuy nhiên không nên quá 2,5m/s

Các chỉ tiêu vật liệu đắp, quy định đất đắp trên cống thấp nhất là 50cm, biện pháp chống xói lở hạ lưu, cửa thoát nước, gia cố ta luy theo quy định cho dòng chảy có áp

2.14.Đường tràn BTXM

Thiết kế đường tràn cần chú ý các điểm sau:

Đảm bảo lưu tốc dòng chảy không phá hỏng kết cấu đường tràn;

Mặt bê tong kéo dài luôn phần lề đường để tránh xói lở

Trên đường tràn phải bố trí hệ thống cọc tiêu ,tôn lượn sóng để báo phạm vi phần xe chạy và cọc thuỷ chí để báo mực nước ngập

Độ dốc ta luy đường tràn quy định là 1:1 tới 1: ở phía thượng lưu và 1:3 ở phía

hạ lưu

Mái ta luy và mặt tràn phải đảm bảo không bị xói, thường là kết cấu bê tông, gia cố hoặc lát đá Đặc biệt phải chú ý gia cố khu vực sát chân ta luy để phòng xói khi nước chảy từ mái ta luy xuống

Thực tế đoạn tuyến trên khu vực đồng bằng gần cửa biển, nên chọn vật liều đắp nền bằng cát hoặc đất cấp phối sỏi đồi tự nhiên lấy từ các núi vùng Quế sơn, Thăng bình, Núi thành, Tam kỳ rất dồi dào, dung để đắp nền đường để tăng cường độ, mô đun đàn hồi , ổn định cho kết cấu mặt đường cứng hơn các loại vật liệu đắp thông thường đất cấp 2,cấp 3

Chương 3

TÍNH TOÁN THỦY LỰC THỦY VĂN VÀ BIỆN PHÁP THIẾT KẾ CỤ THỂ CHO TỪNG ĐOẠN BỊ NGẬP LỤT PHÙ HỢP GIẢM THIỂU TÁC HẠI NGẬP LỤT CỦA ĐOẠN TUYẾN QUỐC LỘ 1A ĐOẠN QUA TỈNH QUẢNG NAM

Giới thiệu :Các hình ảnh đoạn tuyến quốc lộ 1A bị ngập do mưa lũ

Qua khảo sát thực tế, số liệu thống kê qua nhiều năm xác định được số liệu cụ thể và đặt trưng cho hiện tượng, nguyên nhân của đoạn tuyến

Bản đồ các đoạn bị ngập thường xuyên do lũ lụt và nguyên nhân theo bản đồ sau

Chia các dạng có đặc thù chung để phân tích và có biện pháp đề xuất tính toán phù hợp

3.1 Biện pháp đề xuất thiết kế phù hợp giảm thiểu tác hại của lũ lụt trực tiếp lên các công trình giao thông theo dạng 1:

Đặt điểm chung :

Quốc lộ 1 nói chung , đoạn tuyến này nói riêng do thiết kế và thi công thời chiến tranh trong khoảng thời gian 1965 – 1970, dù được nâng cấp nhỏ thường xuyên , gần đây và quy mô nhất là năm 1999- 2002 Tài liệu thiết kế thủy lực thủy văn phục vụ cho tính toán thoát nước thời điểm này chủ yếu dựa trên số liệu cũ và cấu tạo của thiết kế cũ Các hệ số liên quan như lưu vực, thẩm thấu , độ dốc , số liệu thủy văn hoàn toán lạc hậu do tác nhân con người như phá rừng, xây dựng nhiều dập nước, thủy điện, xã lũ tùy tiện trong mùa lũ và gây khô cạn dòng sông trong mùa nắng dẫn đến nhiều thiệt hại như xói lở , bồi đắp, lượng nước tăng không kiểm soát được trong thới gian lũ lụt

Chính vì nguyên nhân trên dẫn đến ngập các đoạn dạng 1 với thời gian dài do bất hợp lý về khẩu độ, tiết diên thoát nước

Sau khi phân tích chia dạng 1 ra làm 2 trường hợp:

Km947+000-Km947+300 và Km955+200-Km955+700 ngập do ảnh hưởng nứơc dềnh sông lớn gồm hai nhánh sông Giang và sông Vu gia gây nên.Km961+250-Km961+800 , Km971+800-

Km962+100 ngập do đơn thuần tiết diện thoát nước nhỏ chưa phù hợp

Tính toán đề xuất tính toán và thiết kế cho trường hợp 1:

Hình ảnh đoạn Km947+000-Km947+300 bị ngập lụt:

Hình ảnh đoạn Km955+200-Km955+700 bị ngập lụt:

Hiện tại như đã trình bày , vì chưa có số liệu các hệ số tính toán thủy văn phù hợp, các quy trình, kế hoạch xả lũ của các đập thủy điện cho nên ta dùng phương pháp quan trắc ngắn hạn , đỉnh lũ lịch sử cho tần suất 1% để tính toán kéo dài chuổi quan trắc theo phương pháp Tính toán dòng chảy khi vị trí đoạn tuyếnbị ảnh hửởng nước dềnh sông lớn

Hai vị trí đoạn tuyến này chạy gần sông Vu gia -Thu bồn , do bị ảnh hưởng nước tràn ngược do nước sông dâng lên và chảy tràn qua đồng ruộng lan tới trên vị trí tuyến đường đi qua Do đó tính toán dạng nước dền sông lớn

3.1.1.Tính lưu lượng thiết kế khi có số liệu quan trắc thuỷ văn

a Tài liệu ban đầu:

• Số liệu quan trắc mực nước, vận tốc lưu lượng mực nước đỉnh lũ của các đợt

lũ điển hình tại vị trí ngập

Vì thượng hạ lưu sông nhánh Vu gia của sông Thu bồn có trạm thuỷ văn quan trắc mực nước trong nhiều năm,cho nên tại đoạn bị ngập cần tổ chức quan trắc,khảo sát, tìm hiểu địa phương mực nước của vài mùa lũ điển hình Sau đó lập tương quan mực nước giữa vị trí đoạn tuyến và trạm thuỷ văn để kéo dài mực nước

lũ tại vị trí đoạn tuyến ra chuổi quan trắc nhiều năm

Tính mực nước thiết kế

a Công thức tính

Chọn L=2Z1/i0

(bảng 1)

Tính toán

Trên đoạn Km 955+450, điều tra và tính toán ra đuợc mực nước ứng với tần suất 1% của bản thân là 1172cm Trên sông Vu Gia tại Ái Nghĩa mực đỉnh lũ lịch sử cho 50 năm là 1040cm, trên báo động III là 160cm, trên mức lũ năm 1998 là 3cm

Độ dốc bình quân lòng sông nhánh là io=0,000336 Khoảng cách từ đoạn tuyến đến cửa sông Vu gia là: 1200m Trên sông nhánh tại cửa sông đo đ−ợc mặt cắt ngang sộng

Trên sông lớn, tại mặt cắt L xác định được mực nước ứng với tần suất thiết kế, chuyển về đoạn tuyến là: 1334cm

Yêu cầu xác định mực nước dềnh sông lớn tại cầu ứng với tần suất

Tính toán đỉnh lũ đoạn tuyến

Nh− vậy Z1 = 1234cm – 1172cm = 62cm

Tính ho tại cửa sông nhánh:

Căn cứ vào mặt cắt ngang đoạn tuyến đã đo, áp dụng công thức (3- 4), tính

b Tính lưu lượng thiết kế:

Tính lưu lựng theo phương pháp thống kê xác suất, Căm cứ theo số liệu quan trắc có được và đỉnh lũ thiết kế trên Dùng một số chương trình lập sẵn để tính và

vẽ đừờng tần suất: Chương trình TSTV2008 của tác giả Đặng Duy Hiển - Cục Thuỷ lợi, Bộ NN và PTNT

Sau đó xác định Q p (p=1%) từ đường tần suất

Lượng dòng chảy 3,302 km3 gây ngập lụt hàng năm c ủ a hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia ngắn và dốc, lòng sông lại hẹp, khả năng thoát lũ ở hạ lưu kém, nên

lũ thường xuất hiện với cường suất lớn, gây thiệt hại nhiều về người và tài sản

Căn cứ vào chuỗi số liệu quan trắc lưu lượng 10 năm từ 2000 -2 0 0 9 đ ể t í n h

t o á n

Bảng số liệu quan trắc sau

Bảng 2 Lưu lượng trung bình n g à y l ớ n n h ấ t / t h á n g(Đơn vị : m

Khi liệt quan trắc ngắn và không đủ tính đại biểu để xác định lưu lượng đỉnh

lũ thiết kế, cần tiến hành kéo dài tài liệu dòng chảy của trạm tính toán Việc kéo

dài này được thực hiện nhờ phân tích tưang quan hay các mô hình toán thuỷ văn

Phân tích tưang quan, theo phương pháp này có thể:

Kéo dài và bổ sung theo dòng chảy tưang ứng của trạm thượng, hạ lưu hay lưu vực lân cân có chuỗi quan trắc dài đồng bộ và có quan hệ tưang đối chặt chẽ;

Kéo dài và bổ sung lẫn nhau theo quan hệ tương quan chặt giữa đỉnh lũ và lượng lũ;

Kéo dài và bổ sung tài liệu lũ theo tài liệu mưa bằng quan hệ tưang quan chặt chẽ giữa mưa lũ và lũ tương ứng

Quan hệ tưang quan gồm có tương quan tuyến tính và tưang quan phi tuyến

Đối với tương quan tuyến tính có thể dùng phương pháp giải tích với các bước thực hiện như sau:

Chọn lưu vực sông tương tự (theo các điều kiện trên);

Tính các số đặc trưng Q, Q tt (tt: tưang tự);

Vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Nam thường bị ngập lụt do lũ lớn

từ hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia đổ về Theo Trung tâm Khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Nam, các số liệu quan trắc cho thấy rằng, khi lưu lượng dòng chảy đ ạt trên 400 m3/s thì bắt đầu ngập lụt Do đó chọn giá trị phù hợp cho tháng có mực nước cao nhất > 400 m3/s để đưa vào đường tần suất.Kết quả được bảng quan trắc tương đương cho đoạn tuyến Km955+200-Km955+700 sau:

Bảng 3 : Lưu lượng quy đổi

Dùng Chương trình lập sẵn để tính và vẽ đường tần suất: Chương trình TSTV2008 của tác giả Đặng Duy Hiển - Cục Thuỷ lợi, Bộ NN và PTNT

Bảng 4: Đường tần xuất Qmax – Km 955+200- Km955+700

Biểu đồ đường tần suất ứng với tần suất 1% có kết quả Qmax = 80m3/s và tính toán tiết diện thoát nước cho đoạn với lưu lượng thiết kế trên.Qua khảo sát thực tế khu vực đã có các công trình thoát nước theo cấu tạo gồm 4 cống d : 1,5m tương đương với lượng nước thoát bán áp theo phụ lục 16 của giáo trình TKĐ tập 3- Nguyễn Xuân Trục tương đương 16m3/s Theo khảo sát thực tế và căn cứ trắc dọc thiên nhên, chiều cao đất đắp thiết kế bổ sung 7 cống d:200 và 6 cống d:1,5 m cho đoạn tuyến trên Lưu lượng thoát nước tính toán theo phụ lực 16 tương đương 66m3 ( thỏa mãn) Cao độ mặt đường lớn hơn đỉnh lũ tính toán 1089 cm

Tương tự ta tính toán và thiết kế đoạn Km947+000-Km947+300 theo phương pháp trên Căn cứ trắc dọc , dân cư, điều kiện thoát nước hạ lưu thực tế

mà bố trí thêm tiết diện thoát nước cho phù hợp

3.1.2.Sơ đồ thiết kế tổng thể đoạn Km955+200-Km955+700

a Bảng 5 :Trắc dọc bố trí cống và tăng chiều cao mặt đường: