Chế độ thủy động lực hồ chứa và ảnh hưởng của nó đến sự hình thành bờ Các nhân tố thuỷ động lực chính chi phối sự phát triển bờ hồ chứa bao gồm dao động mực nước, sóng gió, dòng chảy,
Trang 1thuỷ vực có diện tích mặt nước nhỏ nhất Chính xác hơn là sự
thành tạo thuỷ vực hồ dạng kéo dãn hoặc ô van trong phần hoạt
động thuỷ lực gần thân đập [135 136]
Các thông báo trên đây về sự thành tạo bờ các hồ chứa nhỏ
cho phép tìm các thông số mô hình đường bờ cân bằng [62, 64,
121, 146], được sử dụng khi thiết kế các công trình cố định ven
bờ, xây dựng các bãi nhân tạo và các biện pháp khác phục vụ
ven bờ các thuỷ vực nhân tạo đã xây dựng cũng như để dự báo
sự phát triển bờ trong tương lai
Chương 2 Chế độ thủy động lực hồ chứa và ảnh hưởng của nó đến sự
hình thành bờ
Các nhân tố thuỷ động lực chính chi phối sự phát triển bờ
hồ chứa bao gồm dao động mực nước, sóng gió, dòng chảy, chế
độ băng và nước ngầm
Chế độ thuỷ văn là tập hợp các thành phần, tức là các hiện tượng, quá trình thể hiện dưới dạng các biến đổi mực nước hồ chứa theo thời gian: nhiều năm, mùa, ngày ở trên đập (chế độ mực nước), lưu lượng nước (chế độ dòng chảy), các hiện tượng băng hà (chế độ băng hà) v.v
Cường độ ngập và tiêu các khu vực gần bờ và bờ hồ chứa phụ thuộc vào tiến trình thay đổi mực nước và biên độ của nó Sóng gió và dòng chảy kết hợp với các nhân tố khác xác định cường độ hoạt động năng lượng Các chỉ số này càng tác động mạnh đến bờ càng cần thiết phải tăng cường sức lực và thời gian để hạ các tác động xấu của chúng khi vận hành lâu dài hồ chứa
2.1 Chế độ mực nước Chế độ dao động mực nước trong trường hợp tổng quát
được xác định bởi dạng điều tiết tồn tại ở đối tượng xem xét Phụ thuộc vào thể tích hồ chứa và mục đích khai thác kinh tế
Trang 2của nó mà chia ra các loại điều tiết ngày, mùa và nhiều năm,
thậm chí là hỗn hợp như điều tiết tuần - ngày (hồ chứa
Osipovits) Hồ chứa vùng rừng phần Âu của đất nước có hầu
hết các dạng điều tiết dòng chảy Tuy nhiên số lượng lớn nhất
các thuỷ vực nhỏ nhân tạo thực hiện việc điều tiết mùa Trong
số các hồ chứa điều tiết nhiều năm có thể tách ra hồ chứa Vilei,
Pliavin, Kegum, Riga, còn điều tiết mùa là các hồ chứa Zaslav,
Viatra, Vonkovits, điều tiết ngày - Osipovits, Trigirin
Chế độ mực nước được đặc trưng tổng quát bằng sự thay
đổi mực nước, biên độ và độ bảo đảm (tính lặp lại) của chúng
Không phụ thuộc vào dạng điều tiết, biên độ dao động mực nước
(hiệu giữa vị trí mực nước cao nhất và thấp nhất) trong điều
kiện các hồ chứa nhỏ không vượt quá 1,5 m Chỉ có ở hồ chứa
Vilei biên độ đạt tới 3 m
Sự vận hành hồ chứa và tiếp theo là các điều kiện thành
tạo vùng bờ thường rất khác nhau ở các đối tượng nước phân bố
phân tán và nhảy cóc ở một mức độ nào đó điều này được giải
thích bởi sự khác biệt lớn về các điều kiện thuỷ động lực và sự
điều tiết dòng chảy sông ngòi
Chế độ mực nước các hồ chứa nhỏ được vận hành riêng biệt
không phụ thuộc vào sự hiện diện của các hồ chứa khác trên lưu
vực có nét đặc thù riêng Cũng như các thuỷ vực tự nhiên biên
độ dao động mực nước (A) trong thời kỳ nhiều năm là một đặc
trưng nhận dạng rõ nét của chế độ mực nước và phản ánh mối
quan hệ với diện tích (F) của lưu vực A = f(F) Vì chế độ mực
nước là một trong các nhân tố luỹ tích thành tạo vùng đường
bờ hồ chứa nên đối với nó cần được nhận dạng
Theo tính chất dao động mực nước hồ chứa được chia
thành ba dạng: chế độ mực nước ổn định, ổn định trung bình và
không ổn định Trong nền tảng định dạng này chứa các đặc trưng định lượng nhiều năm kết hợp với dạng điều tiết cũng như có tính đến dạng hình thái của chúng (bảng 2.1)
Bảng 2.1 Dạng và kiểu hồ chứa theo chế độ mực nước
Hồ chưa nhỏ, điều tiết ngày,tuần
(Ia) (Saligor, Osipovitr Gat)
20 5 10 15 45-70
Với chế độ mực
nước ổn định (II)
Hồ chứa nhỏ, vừa, chủ yếu là điều
tiết mùa (IIa) (Liuban, Tregirin)
70 20 30 45 50-60
Hồ chứa trung bình chủ yếu điều
tiết mùa (IIIa) (Zaslav, )
100 35 50 50 35-55 Với chế độ mực
nước không ổn
định (III) Hồ chứa trung bình điều tiết
nhiều năm (IIIb) (Vilei)
200 60 100 100 35-55
Hồ chứa có chế độ mực nước ổn định (Ia) gồm các hồ chứa thuỷ điện nhỏ điều tiết mùa và ngày với biên độ dao động mực nước trung bình nhiều năm gần 20 cm Sự thay đổi hàng tháng của mực nước không vượt quá 5 cm / tháng Việc làm trơn các giá trị mực nước cực đại diễn ra đồng thời với chế độ làm việc của công trình thuỷ điện Đa số hồ chứa dạng này thực hiện việc
điều tiết ngày hoặc tuần - ngày Chỉ riêng ở Bạch Nga đếm được
10 hồ chứa thuỷ điẹn nhỏ dạng hồ và sông đặc trưng bởi chế độ mực nước ổn định Khi công trình thuỷ điện ngừng hoạt động chế độ mực nước phụ thuộc hoàn toàn vào dòng chảy sông ngòi
và các chỉ số đo đạc hình thái lòng chảo hồ chứa
Hồ chứa với chế độ mực nước ổn định trung bình (IIa) phân
Trang 3biệt bởi sự hiện diện bởi thời kì trước lũ và lũ xuân rất rõ ràng
Vào các tháng hè thu diễn ra sự hạ mực nước hồ chứa xuống 5 -
40 cm thấp hơn mực nước nhiều năm trung bình Sự thay đổi
nhiều năm của mực nước đạt tới 50 cm Đối với hồ chứa dạng
này đặc trưng cho sự chênh lệch tháng trung bình khoảng 3 - 4
lần vượt chênh lệch ở các hồ chứa với chế độ mực nước ổn định
Tiến trình chung của mực nước giống chế độ mực nước của
nhiều hồ
Dạng hồ chứa với chế độ mực nước không ổn định gồm hai
tiểu dạng: các hồ chứa không lớn điều tiết mùa (IIIa) và hồ
chứa trung bình với điều tiết nhiều năm (IIIb)
Các hồ chứa không lớn điều tiết mùa với chế độ mực nước
không ổn định có biên độ dao động trung bình nhiều năm hơn 1
m và với các giá trị thực nghiệm nhiều năm đạt tới 50 cm
(Zaslav, Krasnoslobod, Lepel) Cường độ dao động mực nước
khoảng 1,5 - 2 lần cao hơn so với hồ chứa với chế độ mực nước
ổn định trung bình Độ lệch trung bình tháng xấp xỉ 1 Các hồ
chứa điều tiết nhiều năm kích thước trung bình phân biệt với
mọi dạng khác bởi các giá trị cực đại của các đặc trưng nhiều
năm (Vilei) Tiểu dạng thứ hai có sự thay đổi cực trị nhiều năm
của mực nước vượt tiểu dạng trước một cấp Hồ chứa đặc trưng
bởi sự hạ mực nước trước lũ, lũ xuân và hạ nhịp nhàng mực
nước hè thu
Hiện nay trong tài liệu công bố khá đầy đủ chế độ mực
nước hàng loạt các hồ chứa lớn và ảnh hưởng của nó tới quá
trình hình thành bờ [1, 42] Tuy nhiên phân tích các đặc điểm
và tính chất chế độ mực nước các hồ chứa nhỏ hầu như chưa
được phản ánh trong các tài liệu hiện tại
Như đã nhận thấy ở trên, chế độ mực nước hồ chứa phụ
thuộc vào mục đích khai thác kinh tế của chúng, chế độ vận hành, tỷ số giữa nhu cầu dùng nước và cấp nước và dạng điều tiết
Hồ chứa vùng rừng của nước ta được sử dụng với mục đích tổng hợp và nông nghiệp, hơn nữa trong trường hợp đầu cũng có một nhà sử dụng thống soái và xác định luôn tính chất điều tiết Theo dạng điều tiết có thể phân loại hồ chứa: điều tiết nhiều năm - đói với việc cấp nước công nghiệp (dạng thung lũng), điều tiếi mùa - đối với việc cấp nước nông nghiệp, tưới tiêu, ngư nghiệp ( dạng hồ, sông, triều), điều tiết ngày - hồ chứa thuỷ
điện
Các đặc trưng chủ yếu của chế độ mực nước hồ chứa gây
ảnh hưởng đến sự hình thành bờ là tính chất thay đổi chung của mực nước, biên độ của chúng và thời gian nước đứng Trong
số các mực nước đặc trưng có thể tách ra mực nước hoạt động tức là mực nước ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi bờ và hình thành bãi cạn và thường là gần với mực nước chuẩn hiệu dụng
để nhận được các đặc trưng chế độ mực nước và phân tích nó người ta dựng các đồ thị tần số và suất đảm bảo trong thời kỳ vận hành qua 22 hồ chứa và đã thành lập bảng biên độ dao
động mực nước trong năm và thời kỳ không đóng băng
Ngoài việc phân tích thuỷ văn, nhờ máy tính điện tử thực hiện việc xử lý thống kê các thông tin trong việc tính toán các thông số các đường cong phân bố ( hệ số biến đổi Cv và bất đối xứng Cs) Coi thông tin ban đầu sử dụng khi tính toán là các giá trị vị trí trung bình chục ngày của mực nước ở tuyến trên
đập hồ chứa trong thời gian vận hành
Kết quả phân tích biên độ dao động và độ đảm bảo mực nước hoạt động được chia thành hai nhóm thuỷ vực (bảng 2.2)
Trang 4Hồ chứa với biên độ dao động mực nước lớn hơn 0,5 m và
suất đảm bảo của mực nước hoạt động nhỏ, hồ chứa với dao
động mực nước bé (0,1 - 0,5) nhưng suất đảm bảo mực nước hoạt
động lớn, cũng như các hồ chứa với giá trị biên độ lớn và suất
đảm bảo của mực nước hoạt động lớn Loại hồ thuỷ triều được
liệt vào nhóm cuối cùng trước tiên
Suất đảm bảo của mực nước hoạt động đối với hồ chứa
nhóm thứ nhất chiếm khoảng 20 %, đối với hồ chứa nhóm thứ
hai khoảng 60%
Sự khác biệt về thời gian và chu kỳ của mực nước hoạt
động trực tiếp ảnh hưởng tới cường độ tái lập, hình dạng và kích
thước phần ngập của bãi cạn, đặc biệt trên giai đoạn hình thành
mặt cắt bờ tái lập
Trên cơ sở phân tích tính chất phân bố tần số và suất đảm
bảo của mực nước hồ chứa, khác biệt theo mục đích kinh tế và
dạng điều tiết và các mặt cắt bờ, nhận được trên cơ sở các quan
trắc đều đặn nhiều năm theo hàng loạt hồ chứa đã làm rõ được
các đặc điểm tác động của chế độ mực nước lên quá trình bờ
Đã xác định được rằng, với các giá trị biên độ dao động
mực nước bé và suất đảm bảo của mực nước hoạt động cao quá
trình tái lập diến ra mạnh hơn khoảng 1,5 lần so với các hồ
chứa có biên độ dao động mực nước lớn Điều này trước hết biểu
thị ở cường độ lấn bờ Ngoài ra, trong trường hợp này mặt cắt
tái lập dạng cổ điển tất nhiên có chỗ hõm, bãi bồi, sụt độ sâu
đường bờ, khi đó giống như trên các hồ chứa có dao động mực
nước lớn, lát cắt bãi cạn có thể có các thành tạo thứ sinh (bậc,
Với các dao động mực nước bé, bề mặt bãi bằng phẳng rộng tới 10 m, khi đó giống như ở các hồ chứa có dao động mực nước
Trang 5lớn, bãi cạn rộng hơn nhiều (tới 30 m) Trong vùng chia cắt bề
mặt của nó được phủ bởi hàng loạt kiểu vi địa hình song song
với vùng cắt phù hợp với trạng thái mực nước trung gian.Trên
các hồ chứa thuỷ triều với mực nước hoạt độngcao hơn dao động
mực nước diễn ra trong khoảng thời gian ngắn (trong vòng một
vài ngày), và chỉ ảnh hưởng lên lát cắt cân bằng - phần ngập
nước của bãi Nó có dạng cong và trong hàng loạt các trường hợp
- bề mặt không bằng phẳng, khúc khuỷu
Chế độ mực nước các hồ chứa nhỏ vận hành kiểu bậc thang
có thể phân tích qua thí dụ các hồ bậc thang Svislov (Bạch Nga)
và Daugava (Latvia)
Hồ bậc thang Svislov nằm trong phạm vi lãnh thổ ngoại ô
Minsk và Mogilev và trong một phần thành phố Minsk Nó gồm
các hồ chứa Zaslav, Krưnhixa, Đrozdư, hồ Komsomon, hồ chứa
Tridzov Hồ chứa hiện nay được sử dụng trong việc cấp nước kỹ
thuật, nước uống, làm ẩm thành phố Minsk, phục vụ điều
dưỡng và vệ sinh sông Svislov trong phạm vi thành phố cũng
như để câu cá và năng lượng Các chỉ số đặc trưng cơ bản của
mực nước dẫn trên bảng 2.3 Biên độ dao động mực nước lớn
nhất ở hồ chứa Zaslav, lượng cấp nước trung bình nhiều năm
của nó theo tài liệu quan trắc đạt 1,2 - 1,5 m
Đối với hồ chứa bậc thang Daugava (sông tây Dupna) đặc
trưng bới sự liên hệ chặt chẽ của chế độ mực nước với công tác
thuỷ điện Các trạm thuỷ điện làm việc luân phiên trong các
thời gian ngắn (một vài giờ trong ngày), thực hiện sự điều tiết
ngày của dòng chảy Các đặc điểm điều tiết dòng chảy này đã
xác định chế độ mực nước của hồ chứa bậc thang
Bảng 2.3 Đặc trưng chế độ mực nướcmột số hồ chứa bậc thang Svislots
Biên độ dao động mực nước nhiều năm trung bình, m
Hồ chứa Dạng
Dạng điều tiết theo thiết kế Trong
năm
Thời kỳ không băng
Suất đảm bảo mực nước hoạt
động %
Krinhixa Sông bãi bồi Mùa 0,23 0,08 60
Đrozư Sông bãi bồi Mùa 0,10 0,05 96
Để thuận tiện chế độ mực nước hồ chứa bậc thang đã được phân tích trong mười năm gần đây (1975 - 1985) Đã xác định
được rằng, độ lặp lại của mực nước cực đại chiếm 51 - 66% số lượng quan trắc chung trên tất cả hồ chứa bậc thang (bảng 2.4)
Đa số mực nước cực đại (42 - 54%) diễn ra trong thời kỳ nhận nước mùa xuân, vào mùa thu giảm đi 2 lần Mực nước cực tiểu thường nằm vừo thời kỳ mùa hè (46%) Gần 39% mực nước cực tiểu rơi vào thời kỳ mùa thu, khi mà sóng gió hoạt động mạnh trên các bãi cạn đang hình thành Trong bảng 2.4 phản ánh độ lặp lại của mực nước cực đại và cực tiểu trong thời kỳ chục năm (1975 - 1984) và riêng cho năm đặc trưng 1979
Phân tích chế độ mực nước ba hồ chứa của bậc thanh Daugava cho phép lấy ra các nét đặc trưng nhất của nó:
- tính ổn định của mực nước hồ chứa bậc thang từ khi nhận nước mùa xuân đến thời kỳ mùa hè (kiệt);
- vị trí kiệt ổn định của mực nước các hồ chứa Riga và Kegum trong nửa cuối mùa hè và mùa thu;
Trang 6- dao động mực nước khi xả đột ngột và xả trong vòng 3 - 5
ngày của các hồ chứa Riga và Kegum trong thời kỳ nhập lưu từ
lưu vực và thời kỳ có mưa khí quyển
- khẳng định dao động ẩm lãnh thổ lưu vực của hồ chứa
bậc thang cao (Pliavin)
Dao động mực nước ngày trên hồ chứa Pliavin là 0,5 - 2,0
m Chế độ dòng chảy mùa xác định biên độ lớn nhất của dao
động mực nước sông Daugava Mực nước cực đại đạt tới 72,1 m,
cực tiểu 67,5 m Mực nước lớn chiếm 40% mực nước cực đại chu
kỳ ngày Sự hạ cực đại mực nước đạt đến 5 - 6 m hoặc hơn xác
định vào tháng 6 các năm 1969 và 1980 Trong thời kỳ bảo
dưỡng mực nước thấo nhất diễn ra vào tháng 6, tháng 7 hoặc
tháng 9, tháng 10 Sự nâng mực nước kèm theo sự giảm độ rộng
bãi cạn và tăng độ sâu dọc bờ
Hồ chứa Kegum có biên độ dao động mực nước nhỏ hơn và
tiến trình mực nước mềm mại hơn (0,5 - 1,5 m) Trong tiến trình
mực nước năm thấy rõ cực đại mùa xuân kéo dài 3 - 4 tháng
Đới xói lở các sườn bờ nằm trong phạm vi 32,2 m ( thời kỳ xuân
hè) và 31,2 m (mùa thu)
Liên quan đến sự biến dạng mạnh mẽ dòng chảy trong các
hồ chứa Pliavin và Kegum, ở hồ chứa Riga sự thay đổi mùa của
mực nước thể hiện yếu hơn Tại đây quan sát thấy sự hạ mực
nước không lớn lắm vào tháng 7, tháng 8 ( gần 0,7 - 0,8 m) Tuy
nhiên sự hạ mực nước ngày của hồ chứa đạt tới 2,3 m Ranh giới
xói lở ácc sườn nằm trong khoảng mực nước từ 17,3 - 18,2 m
Các đường cong đảm bảo mực nước hồ chứa bậc thang
được thành lập chứng tỏ rằng ranh giới các đới xói lở sườn các
bờ tương ứng với mực nước suát đảm bảo 5% khi cấp đủ nước
có và suất đảm bảo 95% khi hồ chứa làm việc hết công suất
Bảng 2.4 Độ lặp lại của mực nước cực đại và cực tiểu trong thời kỳ quan
trắc 1975 - 1985 trên các hồ chứa bậc thang Đaugava
(theo số liệu của Ia S Probocs)
Số lưu lượng cực đại (% của tổng số)
Hồ chứa Số ngày
quan trắc 75-85
mùa xuân 75-85
mùa thu 75-85
mùa xuân 75-85
mùa thu 75-85
Riga 53 16 39 26 22 11
2.2 Sóng gió Các đặc điểm của chế độ gió vùng rừng bị chi phối bởi hoàn lưu chung khí quyển Đới này nằm về phía bắc của lưỡi cao áp - trục Voeicov, cho nên mùa hè thống trị hướng gió tây bắc và hướng nam Ưu thế của các dòng khí hướng tây liên quan tới sự vận chuyển không khí từ Đại tây dương vĩ độ cao sang phía
đông và sự hoạt động hoàn lưu có nguồn gốc front cực và cận cực Trong thời kỳ chuyển tiếp, đặc biệt là mùa xuân (tháng 4, tháng 5) có khả năng xuất hiện gió các hướng khác
Sự phát triển gió dọc bờ xác định sự định hình lòng chảo
Trang 7hồ chứa Đối với hồ chứa Daugava, lòng chảo của nó được định
hình từ đông bắc đến tây nam, ảnh hưởng lớn đến bờ tây là gió
hướng nam, tây nam, tây và đông nam, còn bờ đông là các gió
hướng bắc, đông bắc, tây bắc và đông Trong các hồ chứa vùng
rừng kéo dài theo phương kinh tuyến hoặc lân cận gây xói lở bờ
đông
Tốc độ gió trung bình tháng lớn nhất ( 4 - 5 m/s) ghi nhận
vờ thời kỳ mùa đông Vào mùa hè tốc độ gió 2 - 3 m/s chiếm lĩnh
khắp nơi Trạng thái lặng gió chiếm 8 - 12% các trường hợp và
thường quan sát thấy vào mùa hè, về ban đêm thường xuyên
hơn ban ngày Như vậy, theo số liệu của 60 trạm khí tượng ở
Bạch Nga trong một năm có 5 - 10 ngày tốc độ gió lớn hơn 15
m/s Trong phạm vi vùng rừng có những khu vực quan sát thấy
sự tăng mạnh hoạt động của gió Thí dụ, ở tây nam và phía bắc
Bạch Nga có thể tìm thấy hai vùng hoạt động gió mạnh : vùng
Sarcovsin - Vitebsk - Doksinx, nơi có tốc độ gió trung bình năm
là 4,2 - 1,3 m/s, và số ngày có gió mạnh là 15, cònn trong vùng
Tháng Mười - Gomel số ngày gió mạnh là 20, còn vận tốc gió
trung bình năm là 4,0 m/s Khác với các vùng nói trên, phần còn
lại của lãnh thổ Bạch Nga đặc trưng bởi sự khác biệt không lớn
trong chế độ gió
Quan trắc sự thay đổi của gió, thu được bởi các tác giả khi
tiến hành các khảo sát dài hạn tại hàng loạt hồ chứa vùng rừng
cho phép xác định các đặc điểm của nó Tài liệu gốc là các kết
quả quan trắc thực nghiệm trên các hồ chứa Vilei và Zaslav từ
năm 1975 đến năm 1979 , cũng như là các số liệu trạm khí
tượng lục địa, Vilei và Minsk nằm cách các hồ chứa tương ứng
là 4,5 và 10 kilomet
Theo số liệu của trạm khí tượng Vilei trong phạm vi hồ
chứa Vilei độ lặp lại lớn nhất là gió hướng tây và tây nam Số
trường hợp xuất hiện gió các hướng khác khác nhau không nhiều lắm Thường hay gặp nhất là gió có tốc độ 10 m/s
Quan trắc chế độ gió trong phạm vi ảnh hưởng của hồ chứa chướng tỏ về sự biến dạng của nó trên mặt nước, mà đầu tiên là nằm trong sự thay đổi hướng các quan trắc chỉ ra rằng sự kéo dài hồ chứa từ tây sang đông chi phối sự phân bố đồng đều gió trong các lưới tây nam - tây - đông bắc - và giảm hẳn các số trường hợp gió hướng đông và nam
Do sự thay đổi của mặt đệm lưu vực xây dựng hồ chứa có gió đi qua làm thay đổi cả vận tốc của nó Sự tăng tốc độ gió diễn ra do sự giảm lực kháng của mặt đệm cũng như là hậu quả của sự khác biệt các tầng phân hoá nhiệt các lớp không khí trên mặt đất và trên thuỷ vực kể cả ảnh hưởng phụ của gradien
áp suất Cộng thêm vào sự thay đổi hướng gió là sự định hình thung lũng sông Vilei, phạm vi ngập và dân cư quanh bờ hồ chứa
Quan hệ tuyến tính giữa tốc độ gió đo ở độ cao 2,0 m trên
bề mặt thuỷ vực vàv tốc độ gió quan trắc tại các trạm khí tượng
được viết bởi phương trình
28 1 375
có vận tốc 3 m/s Giảm hơn 30% số lần lặng gió trên thuỷ vực
Để xác định hệ số chuyển đổi khi tính lại vận tốc gió theo
số liệu các trạm khí tượng lục địa và số liệu đo đạc trên mặt nước thuỷ vực lân cận ( trên mặt nước 2,0 m) đề xuất một đồ thị thu được theo số liệu quan trắc thực nghiệm Với vận tốc gió 10 m/s ở độ cao cột trên bề mặt nước hồ chứa cũng gặp các vận tốc
Trang 8tương tự như vậy
Quan sát gió trong điều kiện có tường chắn gió ở gần đập
và phần hở của thuỷ vực cho phép xác định một số đặc điểm
biến dạng của dòng khí: 1) thuỷ vực càng nông thì ảnh hưởng
của hướng gió và ngay cả đân cư bên bờ hồ đến sự định hình
lòng chảo càng tăng; 2) đối với thủ vực nhỏ tính hở của mặt
nước, dân cư, độ cao sườn ảnh hưởng mạnh đến sự biến dạng gió
hơn là sự bất đối xứng của thung lũng thuỷ vực [70] Quan trắc
ngày đêm về sự biến đổi vận tốc gió quan sát được với đà sóng 3
- 4 km (bảng 2.5) Khi tăng đà sóng đến 6 km, vận tốc gió tiệm
cận đến giá trị ban đầu Sự tăng vận tốc gió ( 5 m/s và hơn nữa)
làm tăng sự biến dạng dòng khí các số liệu dẫn trên chứng tỏ
về chế độ gió không dừng trên khu vực ảnh hưởng của các hồ
chứa nhỏ
Các kết quả khảo sát thực nghiệm của hàng loạt nhà
nghiên cứu [50, 70, 71] khẳng định ảnh hưởng của các nhân tố
địa phương đến tính chất hoạt động của gió khi giảm diện tích
3,00 5,00 6,00
Sóng gió trên thuỷ vực nhỏ có hàng loạt các đặc điểm,
chúng xác định bởi vận tốc gió trên thuỷ vực, đo đạc hình thái
lòng chảo, phân bố độ sâu và tính thoáng của nó Các chỉ số đo
đạc hình thái xác định chiều dài đà và kích thước sóng Đại
lượng thuỷ vực và thể tích nước không lớn trong nó giới hạn kích thước của sóng Thậm chí trong trường hợp, khi mà theo dấu hiệu động học thuỷ vực là sâu, sóng gió trong các hồ chứa nhỏ luôn nhỏ hơn so với hồ lớn trong cùng các điều kiện tạo sóng giống nhau ( λ = 2H)
Trong điều kiện các hồ chứa nhỏ khác với các hồ chứa lớn
và trung bình, độ cao sóng là một hàm của vận tốc gió (ω) và
chiều dài đà sóng (Dp) [47, 53]
),,(
p
n D f
với n và m - các biến phụ thuộc vào đà tương đối D p/ω2 Các
đại lượng n ≥ 1 , m p 5 Kết quả qua trắc sóng trình bằy trong các công trình [17, 78], chứng tỏ rằng độ tăng trưởng của sóng và sự suy thoái diễn ra trong vòng 20 - 30 phút [70] ảnh hưởng của chiều dài đà sóng đến sự tăng các tham số sóng giới hạn trong phạm vi 0 < Dp < 6 Khi đó việc tăng các tham số sóng diễn ra không quá 15% (ω = 5 m/s)
Đã xác định bằng thực nghiệm rằng, đối với các hồ chứa
nhỏ dạng đường tròn, độ dài đà tính toán Dp có thể được xác
định thoe khoảng cách cực đại từ tuyến đang xét đến bờ đối diện không phụ thuộc vào định hình của lòng chảo hồ chứa [49]
, [
Như vậy, sự định hình trục chính của hồ chứa khi tính toán không phải xét tới Thời điểm này là cố định khi tính toán các nguyên tố sóng trên hồ chứa dạng triều [59, 63]
Trang 9Tham số sóng trong các hồ chứa nhỏ vùng rừng được xác
định theo các quan hệ nhận được khi tiến hành các khảo sát
trên hồ chứa Osipovits [113, 149] Độ cao sóng tính toán suất
đảm bảo 1% được xác định theo quan hệ thực nghiệm khi xử lý
các toán đồ trên hồ chứa Osipovits [70, 149]:
76 0 10 62 0
1% 0,00215 , ω ,
Chu kỳ sóng trung bình τ 1% tương ứng là:
65 0 7 10
1% 0 , 00158 , D ,
với Dp - chiều dài đà sóng; ω10 - vận tốc gió trên thuỷ vực ở độ
cao 10 m
Các quan trắc đều đặn tiến hành trên hồ chứa Zaslav, nơi
có phần sát đập thiết lập điểm đo sóng, cho phép nhận được
hàng loạt các thông tin quan trọng theo quan điểm ước lượng
động lực học các quá trình bờ và nội thuỷ Trong đới này có sự
lặp lại lớn của sóng cao 0,1 - 0,3 m ( với chiều dài đà sóng đến
2,5 km và vận tốc gió trung bình 0,5 m/s) Sóng gió phát triển
mạnh nhất vào thời đoạn tháng 8, tháng 9 Độ cao sóng h1% với
chiều dài đà sóng đến 5,0 km khi đó có thể đạt 1,2 m [50]
Đối với các hồ chứa, nơi tuân thủ quan hệ (h1%/ hD < 0,1
(với h1% - là độ cao sóng 1% trong chế độ quan trắc; hD - độ sâu
trung bình thuỷ vực) và sự hiện diện các trạm khí tượng nằm
cách hồ chứa khoảng 10 km, độ cao sóng được xác định theo
công thức:
Xử lý thống kê các số liệu thu được cho phép xây dựng các
đường cong độ cao sóng và vận tốc gió cũng như tính toán hệ số
biến đổi (C v(h) ; Cv( ω )) và bất đối xứng (C s(h) ; Cs( ω )) theo các
Đối với sự phân bố độ cao sóng và vận tốc gió đặc trưng bởi
sự bất đối xứng dương, có nghĩa là đa số các thành phần của liệt nằm trong vùng giá trị nhỏ
Các giá trị hệ số bất đối xứng nhỏ Cs( ω ) được chỉ ra trên luật phân bố chuẩn và càng khẳng định giả thiết, đã được nói trước đây trong các công trình của V M Iukhnovxa [149], S A
Đvinski [17] và E M Phedulova [122], về sự phụ thuộc của độ cao sóng chỉ vào các tham số Dpω10 Giả thiết này đã trình bày trong các công trình [80, 81], có thể viết dạng phương trình phụ thuộc dưới dạng vô thứ nguyên [50]
Bảng 2.7 Độ lệch ∆h1% sóng h 1% tính toán và quan trắc
Trang 10G.G Karasaev [33]
V Ph Gusin [16]
10 2
10
1%/ ω f gD / ω
So sánh số liệu quan trắc tự nhiên độ cao sóng và tài liệu
nhận được theo phương pháp G G Karaiseva [33], V Ph Gusin
[16], A P Braslavski [30], cũng như theo SNIP 02.06.87 [119]
và Hướng dẫn [107] được thực hiện theo quan hệ:
( 1 1 ) 1 100
1% h%H h%P /h%P
Các tính toán chứng minh rằng sự trùng hợp tốt nhất giữa
các giá trị quan trắc và tính toán là theo SNIP 02.06.87 [119]
(bảng 2.7)
Quan trắc độ cao và hướng chuyển động của sóng trên hồ
chứa Zaslav chứng minh rằng vận tốc xói lở các sườn bờ phụ
thuộc vào độ lặp lại sóng trùng với hướng gió chủ đạo Phân tích
sự thay đổi theo thời gian của sự tái lập đường bờ (∆St) và vận
tốc gió cực đại trong thời kỳ không đóng băng (ω10) trong nhiều
năm chứng tỏ tính không bảo toàn dạng và tính chất phát triển
chung, là khẳng định ý nghĩa quyết định của sóng gió trong quá
trình tái lập (Hình 2.1) Đối với mỗi hồ chứa chọn ra 1 trạm tiêu
chuẩn có các đặc trưng sóng gần nhất, hình dạng các sườn,
thành phần đất đá và theo đó tiến hành sự so sánh Vận tốc gió
nhận từ trạm khí tượng Minsk Như đã biết, ảnh hưởng của đo
đạc hình thái thuỷ vực đến việc tái lập bờ thể hiện trên các hồ
chứa lớn miền đồng bằng cũng như trên các hồ chứa nhỏ và
gián tiếp thể hiện qua các điều kiện phát triển sóng gió Vậy
nên trên các hồ chứa lớn nh Kiev, Krementruc, Kakhov, có kích
thước tuyến tính lớn, và tương ứng với các điều kiện phát triển sóng gió, sự tái lập bờ đôi khi chiếm hơn 50% toàn bộ đường bờ [81, 151]
Hình 2.1 Sự thay đổi gia tốc tái lập tuyến tính đường bờ (∆St ) và vận tốc gió
(ω 10 ) các hồ chứa Krinhixa (a) và Drozdư (b) 1- sự lùi bờ hàng năm; 2 - vận tốc gió cực đại thời kỳ không đóng băng
Cũng trên các hồ chứa nhỏ sóng gió phát triển chủ yếu là ở phần gần thân đập của thuỷ vực và gây ra tại đó sự phát triển mạnh mẽ quá trình tái lập đường bờ gốc Phần gần đập của các thuỷ vực nhỏ đặc trưng bởi độ rộng cực đại Bmax và tương ứng là chiều dài đà sóng lớn nhất Dmax Khi đó với một và chỉ một vận tốc gió với sự tăng Dmax và tương ứng là độ cao sóng quan sát thấy sự tăng tái lập đường bờ (Hình 2.2) Phân bố độ sâu trong
Trang 11thuỷ vực (hp) và phần nào dó khi sóng đánh vào bờ mài mòn xác
định các đặc trưng sóng trên bờ bãi cạn, và kết quả là ảnh
hưởng đến cường độ tái lập của chúng
Hình 2.2 Các quan hệ dạng a) F = f(Dp ); b) S = f(D p ) và c) B = f(D p )
F - diện tích hồ chứa MNDBT; S - tái lập tuyến tính bờ; B - chiều rộng phần
b∙i ngập; D p - chiều dài đà sóng
2.3 Các dạng dòng chảy và đặc điểm của chúng
Trong các hồ chứa chia ra các loại dòng chảy dọc bờ và bề
mặt (dòng chảy gió) xuất hiện dưới tác động của gió và dòng
chảy do nhập lưu từ sông đổ vào, tác động của lưu vực, phù sa
trạm, xả nước vào dưới đập v.v [118, 120, 131] Ngoài ra còn
tồn tại dòng dọc bờ có khả năng tải các sản phẩm phá huỷ bờ
Mối quan tâm đặc biệt ở các công trình nghiên cứu dòng chảy
gió và dòng chảy sông trên các hồ chứa nhỏ [51] Chọn 5 hồ
chứa sau làm đói tượng nghiên cứu: Krinhixư, Drozdư, Trizdov
trên sông Svilots, Voncovits trên sông Ptits và Viatra trên sông
Viatra Sơ đồ các hồ chứa dẫn ra trên hình 2.3, còn các đặc trưng hình thái của chúng trong bẳng 2.8 Nghiên cứu chế độ dòng chảy được thực hiện trong thời kỳ không đóng băng Phương pháp quan trắc dựa trên việc xác định vận tốc và hướng dòng chảy cũng như các nhân tố chính ảnh hưởng tới sự phát triển của chúng mà cụ thể là : lưu lượng xả, vận tốc và hướng lan truyền của gió ở độ cao 2,0 m trên bề mặt nước, độ cao và hướng chuyển động của sóng, vị trí mực nước ở tuyến đập trên
Hình 2.3 Phân bố vận tốc trong phạm vi hồ chứa Krinhixa
a - dòng chảy mặt; b - dòng chảy đáy
Lưu lượng nước xả xuống tuyến đập dưới cũng như cao độ
vị trí mực nước tuyến đập trên nhận theo số liệu phục vụ vận hành hồ chứa Để ghi nhận các nguyên tố của gió trong điều kiện thực tế đã sử dụng trạm khí tượng tự động M - 47 và máy
Trang 12cầm tay MC -3 Hiệu chân sóng được xác định theo thước cực
đại - cực tiểu, vận tốc dòng chảy - nhờ lưu tốc kế GR - 42 và các
phao đo bề mặt và đo sâu theo phương pháp chuẩn [86]
Bảng 2.8 Các đặc trưng đo đạc hình thái hồ chứa
Hồ chứa Diện tích
km 2
Thể tích triệu m 3
Drozdư 2.38 6.38 2.70 0.50 5.10
Trizov 2.80 5.60 2.0 0.50 6.10
Viatra 1.68 5.10 2.0 0.61 5.33
Số thuỷ trực đo sâu trên tuyến thay đổi từ 4 - 9 Trên mỗi
thuỷ trực số điểm đo từ 3 - 5 (bảng 2.9) Theo tài liệu trắc đạc
đã tiến hành dựng các lát cắt dọc của hồ chứa với các phân bố
vận tốc và hướng dòng chảy theo độ sâu, trục động lực học phân
bố của tốc độ cực đại cũng như bình đồ dòng chảy trong toàn bộ
thuỷ vực.Do kết quả xây dựng các phân bố và sơ đồ lan truyền
trở nên rõ ràng rằng tại các hồ chứa nhỏ cần phân biệt hai dạng
dòng chảy: dòng mặt có độ dày từ 1 - 2m và dòng đáy Dòng
chảy mặt (dòng gió) phát sinh và phát triển do tác động của gió
lên bề mặt hồ chứa và chuyển động rối của các lớp nước trên
cùng Phụ thuộc vào hướng gió mà dòng chảy mặt có thể trùng
hoặc không trùng với dòng chảy hồ, luôn hướng về phía đập gây
ra sự phân bố lại vận tốc toàn bộ mặt cắt ướt (xem hình 2.3a)
Vận tốc dòng chảy mặt được xác định bởi vận tốc gió và cường
độ sóng gió Vận tốc dòng chảy mặt chiếm từ 0,01 - 0,33 m/s
Phân tích các phân bố chứng minh rằng dòng chảy mặt có thể
chiếm 1/2 diện tích mặt cắt ướt của hồ chứa, còn sự vận chuyển
mạnh vào lòng chảo hồ chứa được thực hiện trong toàn bộ chiều
dày lớp nước
Bảng 2.9 Phân bố vận tốc dòng chảy theo chiều dài hồ chứa Trizov
Số hiệu tuyến đo
K/c giữa các thuỷ trực
Số thuỷ trực Số điểm trên
thuỷ trực
Độ sâu thuỷ trực, m
Vận tốc dòng chảy, m/s
110 4
đáy
3.0
0.02 mặt 0.02 0,5H 0.02
II - II (phần giữa hồ chứa)
130 2
đáy
3.5
0.07 mặt 0.03 0,5H 0.02
160 3
đáy 0.02
III - III (phần cận đập cách chỗ xả
300 m)
170 4 mặt
3.0
0.02 Trong đó chỉ ra sự phân bố các dòng chảy hồ cực đại theo trục hồ chứa (xem hình 2.3b) Các giá trị vận tốc lớn nhất hiển
