Thành tạo bờ các hồ chứa nhỏ vùng rừng ( Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà nội ) - Chương 4 ppt

Phân tích và phân loại các phương pháp dự báo sự tái lập bờ hiện hành Sự khác biệt trong các điều kiện hình thành bờ đòi hỏi việc cần thiết soạn thảo các phương pháp dự báo sự tái lập bờ

Chương 4 phương pháp dự báo sự

phát triển động lực của các bờ

hoạt động

4.1 Phân tích và phân loại các phương pháp dự

báo sự tái lập bờ hiện hành

Sự khác biệt trong các điều kiện hình thành bờ đòi hỏi việc

cần thiết soạn thảo các phương pháp dự báo sự tái lập bờ đa

dạng Hiện nay trong nước ta đã soạn ra hơn 60 phương pháp

dự báo, đề xuất và hướng dẫn để tính toán sự tái lập bờ [2, 5,

82] Việc phân loại và hệ thống hoá các phương pháp dự báo đã

đưcợ thực hiện bởi các tác giả khác nhau Như, V L

Maksimtruc [82] mọi phương pháp dự báo chia thành các nhóm

như sau: năng lượng, tương tự, mô hình hoá toán học và vật lý,

hỗn hợp, thống kê Trong các phương pháp dự báo hiện hành

người ta sử dụng rộng rãi các kết quả khảo sát trong lĩnh vực

thuỷ địa chất, thuỷ lực, toán học và thống kê, địa chất và địa

mạo, cũng như phân tích hệ thống và các dạng mô hình hoá

khác

Các phương pháp dự báo này có thể thực hiện việc tính

toán sự tái lập sườn bờ trong các thời đoạn khác nhau: từ 5 đến

100 năm và trên một giai đoạn phát triển cụ thể của nó Bằng

các quan trắc đã xác định được rằng sự quan tâm thực tế trong

điều kiện các hồ chứa nhỏ chính là các dự báo ngắn hạn Phù hợp với những điều đã trình bày ở trên, đối với thuỷ vực nhóm I tập trung thực hiện dự báo cho 15 năm; đối với thuỷ vực nhóm

II từ 5 đến 10 năm bằng các nghiên cứu kiểm tra sự hội tụ của các dự báo và ước lượng độ tin cậy của thông tin dự báo đối với

điều kiện các hồ chứa lớn ở nước ta đã có nhiều tác giả nghiên cứu : G.S Zolotarev [24], O G Grigorev [15], V K Rudacov [108], L N Kaskevitrs [26] M P Samokhvalov [112] V V Pendin [88] và những người khác

Trong công trình này trình bày các kết quả đánh giá độ tin cậy của một vài phương pháp dự báo sự tái lập bờ hiện hành áp dụng cho điều kiện các hồ chứa nhỏ đồng bằng trong vùng rừng của đất nước Đánh giá độ tin cậy của các phương pháp dự báo

sự tái lập của các bờ mài mòn có thể được thực hiện trên cơ sở so sánh các kết quả dự báo với số liệu thực tế Vì thế công trình

được tiến hành trong sự tính toán và dự báo sự tái lập bờ bằng các phương pháp khác nhau và tiếp theo là so sánh chúng với các giá trị thực tế của các đặc trưng tương ứng

Để tính toán người ta sử dụng các đề xuất của E G Katrurin [30], N E Kondrachev [38], B A Pưskin [98], S L Vendrov và B A Popov [9], V L Bulakha [6] và các tác giả khác

Kiểm tra dự báo được thực hiện đối với các điều kiện 6 hồ chứa nhỏ có chế độ mực nước tương ứng với các nhóm thuỷ vực khác nhau Với nhóm hồ chứa thứ nhất, như đã ghi nhận ở trên,

gồm các thuỷ vực với Ab > 0,5 - các hồ chứa Zaslav, Lepel; nhóm

thứ hai với Ab < 0,5 - các hồ chứa Krinhixa, Drozdư, Trizdov, Vonkovitrs Tính toán được thực hiện lặp lại trên các đoạn nơi

mà có tiến hành các quan trắc thường kỳ Đã lựa chọn được tất cả 30 tuyến tính toán Độ tin cậy của dự báo được đánh giá bằng

sai số tuyệt đối ∆:

=

với ytt và ydb - các giá trị dự báo và tự nhiên của các thành tố

mặt cắt tái lập Ngoài ∆ và δ còn xác định các giá trị ∆ và δ :

n

n / + ∆

∆ +

δ

với n - số lượng các tuyến tính toán theo đối tượng lựa chọn

Tính thích hợp của các kết quả dự báo với số liệu thực tế

được xác định theo giá trị δ , tương ứng với công trình của V

E Episin, V N Ekzarian [20] với dự báo thoả mãn không vượt

quá 25% (bảng 4.1)

Bảng 4.1 Đánh giá mức độ hội tụ của các phương pháp dự báo theo các

giá trị tính toán ∆ và δ [20]

Sự tái lập bờ Mức độ hội tụ

10,0 10,0 - 50,0 50,0 - 100,0 100,0 Tốt 2.50 ∆ < 5,0 ∆ < 7.50 ∆ < 100.0

Đạt 5 > ∆ > 50 10,0 > ∆ > 5,0 15,0 > ∆ > 7.50 20,0 > ∆ > 10,0

Không đạt ∆ > 5,0 ∆ > 10,0 ∆ > 15,0 ∆ > 20,0

Trong bảng 4.2 dẫn các giá trị tính toán ∆ và δ đối với

các phương pháp khác nhau Từ bảng đã dẫn thấy rõ rằng các

giá trị này biến đổi trong một phạm vi lớn, hơn nữa quan sát

thấy sự phân kỳ lớn giữa các giá trị dự báo và số liệu quan trắc hoặc thiên lớn hoặc thiên nhỏ.Sự hội tụ lớn nhất theo các tham

số này đối với hai nhóm hồ chứa là phương pháp năng lượng [30, 31], theo tham số δ trong điều kiện thuỷ vực nhóm hai - phương pháp tương tự [6] và năng lượng [30, 38] Khả dĩ nhất

và chỉ áp dụng với nhóm hồ chứa thứ hai là các phương pháp cuả E G Katrugin [20] và B A Pưskin [98]

Bảng 4.2 Sai số tương đối và tuyệt đối dự báo tái lập bờ trong điều kiện các

hồ chứa quan sát thấy xu hướng giảm δ (Hình 4.1) Kết luận này hoàn toàn phù hợp với kết quả của V V Pendin [88] Ước lượng so sánh sai số các phương pháp dự báo sự tái lập bờ được thực hiện bởi các tác giả trên chứng minh rằng khi dự báo sự tái

lập bằng phương pháp E G Kachugin:

- dự báo ngắn hạn trong thời gian 5 năm có xấp xỉ tốt nhất

với số liệu thực tế;

- khi dự báo cho thời hạn 10 - 15 năm sai số nhỏ nhất thu

được đối với các hồ chứa phân bố trong vùng rừng phần Âu nước

Nga, cận Ban Tích, Bạch Nga theo phương pháp B A Pưskin

Phân tích và khái quát các nguyên nhân độ tin cậy không

cao của các phương pháp hiện hành gắn với công trình của V V

Dmitriev [18] và Pendin [88], trong đó đã phân các nhóm sai số

cơ bản, dẫn đến sự không trùng khớp của số liệu dự báo và thực

tế [16] Đã phân ra được các nguyên nhân sau đây:

- gắn với sự đánh giá không hết các điều kiện và nhân tố

tạo bờ;

- gắn với sự không chính xác của sơ đồ tính toán;

- gây nên bởi sự vắng mặt của các chỉ tiêu lựa chọn tài liệu

gốc;

- không tính đến sự thay đổi ảnh hưởng các nhân tố tạo bờ

riêng biệt theo thời gian

Ngoài ra, cần phải lưu ý rằng phù hợp với công trình của

V K Episin, V N Ezarian [20] khi đánh giá độ tin cậy (tính áp

dụng) phương pháp này hay phương pháp khác cần tính đến sự

kiện là sai số phương pháp ∆ M bằng tổng đại số các sai số tích

luỹ trong toàn bộ chu trình dự báo, tức là:

M M

1 (4.5) hoặc

Hình 4.1 Quan hệ δ = f(F) theo V M Sirokov, P S Lopukhu, V E Levkevitr

Ia S Probocs[140]

Thành phần ∆M là sai số ngẫu nhiên và thường hay gặp

phải trong các điều kiện đồng áng khi trắc đạc bờ Sai số ∆Π

được xác định và phụ thuộc vào linh cảm của chuyên gia thực hiện dự báo, nó hoặc âm, hoặc dương Trong lý thuyết sai số các sai số dẫn trên đòi hỏi nhất định phải loại bỏ Trong điều kiện các hồ chứa nhỏ đòi hỏi này đạt được bằng việc đặt các tuyến đo

kỹ lưỡng bằng các mốc thường xuyên và tiến hành đo sâu nhiều

lần

Sai số ∆O tính đến tính đồng nhất và tương tự của các điều

kiện được xem xét bằng phương pháp dự báo này hay phương

pháp dự báo khác với các điều kiện thực tế của đối tượng cụ thể

(tuyến đo, đoạn, hồ chứa v.v ) Đối với việc triệt tiêu nó tiến

hành lọc các số liệu tính toán và dự báo với việc tuân thủ các đòi

hỏi về tính phù hợp của các tham số mô hình (sơ đồ tính toán)

và đối tượng dự báo Thí dụ, độ cao bờ Htb ≈ Hd; h1%tb ≈ h1%d v v

Thành phần cuối cùng của phương trình, có nghĩa là ∆,

đảm bảo bởi thời kỳ dự báo : càng tăng hạn dự báo t, càng tăng

sai số Trên các hồ chứa nhỏ thời hạn dự báo bị hạn chế, với sự

phân hoá thành các nhóm thời hạn từ 10 -15 năm

Tính đến những điều kể trên cần chỉ ra rằng trên các hồ

chứa nhỏ bảo toàn hệ thức ∆M ≈ δ Trong trường hợp có mặt sai

số ngẫu nhiên của dự báo đại lượng thật nhận được do kết quả

dự báo có thể thể hiện:

δ

c c

với kc - hệ số phụ thuộc vào mức độ phù hợp của các giá trị thực

tế và dự báo, trong trường hợp kc = 1,

M

Khi đánh giá độ tin cậy của dự báo cần lưu ý các đặc điểm

cấu tạo địa mạo của bờ hồ chứa vùng rừng phần Âu của đất

nước Chiều dài lớn nhất là các bờ cấu tạo bởi các trầm tích

aluvi bao gồm cát kích cỡ khác nhau , cát pha, á sét và sét Liên

quan tới điều này khi thành lập các dự báo với mục đích giảm

các sai số ∆M' và ∆O trên các bờ nghiên cứu của các hồ chứa

nhất thiết phải phân biệt các đoạn và tuyến đo có sự sai khác

thạch học ít nhất cũng như là các đặc trưng sóng gió

Liên quan tới điều khu vực đang xét thuộc vào vùng mà

địa hình của nó được hình thành dưới tácđộng của băng hà đệ

tứ hoặc nằm ngoài biên giới băng kỳ hiện đại, hồ chứa được tạo thành trên các thung lũng kém phát triển, bờ của chúng được cấu tạo bởi các trầm tích băng hà và thuỷ băng hà Các lát cắt tương đối nhỏ của thung lũng sông phía bắc đưa đến việc sau thành tạo hồ chứa trên nó sự cân bằng các bờ của chúng hiếm khi bị phá vỡ so với các vùng đồi núi của đất nước Ngoài ra, các kích thước của đối tượng nước cũng gây ảnh hưởng lớn lên qui mô, cường độ và động lực của quá trình mài mòn và các hiện tượng khác Hồ chứa phía bắc vùng rừng có dạng đẳng cao và

điều đó gây nên sự khác biệt trong các sai số dự báo Vậy, trên

hồ chứa có lòng chảo kéo dài, đặc trưng bởi hệ số kéo dài kkd

hướng gió thống trị thường hướng theo một góc nhọn vào bờ dẫn tới sự xói các lớp tích tụ bởi dòng chảy dọc bờ từ bãi bồi bờ và giảm chiều rộng của nó và tăng tương ứng sai số dự báo [61] Thời điểm này được khẳng định bởi đồ thị vẽ trên hình 4.1, xây dựng đối với điều kiện các hồ chứa nhỏ đồng bằng [147]

Theo quan điểm của chúng tôi, các chỉ tiêu ứng dụng chính của phương pháp này hay phương pháp khác dự báo sự tái lập bờ là tính cơ sở, độ tin cậy, tính đúng đắn và đơn giản của chúng, mà phương pháp E G Kachugin và B A Pưskin, phù hợp hơn bất cứ một phương pháp nào khác, có thể sử dụng

đối với các bờ có độ cao 5 - 15 m, cấu tạo bởi các trầm tích cát kết Tuy nhiên độ chính xác của các phương pháp này không thường xuyên phù hợp với các yêu cầu đặt ra, họ không tính tới

sự phong phú cảu các nhân tố tái lập bờ và vận hành các hồ chứa nhỏ riêng rẽ cũng như trong hệ bậc thang Tất cả điều này tạo nên cơ sở để soạn thảo các phương pháp dự báo hiện đại sẽ

được trình bày trong các phần tiếp theo của chuyên khảo

4.2 PHươNG PHáP xác suất - thống kê

Phương pháp được soạn thảo trên cơ sở các số liệu quan

trắc thực tế thường kỳ, nhận được từ các hồ chứa ở Bạch Nga

trong giai đoạn từ 1959 đến 1990 Người ta sử dụng các tài liệu

của các tổ chức khác nhau đã tiến hành quan trắc trên các hồ

chứa, cụ thể là Viện nghiên cứu khoa học trung tâm về sử dụng

tổng hợp tài nguyên nước [59, 60, 64], Viện hàn lâm bách khoa

Bạch Nga [43 - 45, 47], Trường đại học tổng hợp quốc gia Bạch

Nga [141, 142], và cũng như Viện nghiên cứu khoa học Bạch

Nga về tưới tiêu và thuỷ lợi [73, 74, 113]

Phương pháp mang tên là xác suất thống kê bởi các mối

quan hệ nhận được trên cơ sở xử lý thống kê các thông tin ban

đầu, tính đến cả sự đa dạng của các nhân tố và các điều kiện

xác định động lực của quá trình tái lập cũng như sự phân bố

của chúng theo thời gian và không gian đối với điều kiện của

vùng đang xét

Phương pháp dự báo đề xướng được chỉ định để sử dụng

trong thực tế thiết kế và tiến hành các biện pháp bảo vệ và giữ

nước trong đới bờ các hồ chứa nhỏ đồng bằng Các đề xướng này

ứng dụng cho hồ chứa nhỏ dạng điều tiết khác nhau với phạm vi

dao động mực nước khác nhau ở tuyến trên đập

Cần lưu ý rằng, phương pháp dự báo cho phép thực hiện

dự báo cả hồ chứa đang thiết kế lẫn hồ chứa trong giai đoạn vận

hành đầu tiên

Trên cơ sở phương pháp dự báo này đã soạn thảo hướng

dẫn [55], trong đó trình bày chi tiết mọi điều kiện ứng dụng các

quan hệ đề xuất, thuyết minh và cấu trúc của chúng , cũng như

các ví dụ để thực hiện các tính toán thực tế Trong phần này

chúng ta chỉ dừng lại ở các luận điểm cơ bản của phương pháp,

các khả năng của các giả thuyết phục vụ cho việc soạn thảo nó Trước khi thuyết minh phương pháp trước tiên dừng lại ở các hạn chế mà các tác giả trình bày khi nhận các quan hệ Xuất phát từ các khái quát đã nêu trước đây, đã xác định :

- quá trình tái lập các bờ mài mòn các hồ chứa nhỏ đồng bằng là một quá trình đa nhân tố;

- quá trình tái lập là mang tính giai đoạn và diễn ra với

động lực khác nhau theo thời gian;

- cường độ và qui mô của quá trình được xác định bởi các nhân tố sóng cũng như chế độ dao động mực nước trong thuỷ vực;

- sự lan truyền mạnh mẽ trong điều kiện các hồ chứa nhỏ

và trung bình trung phần Châu Âu của đất nước có các bờ mài mòn dạng bồi tụ - trượt lở, cấu tạo bởi cát, cát pha kèm sạn, sỏi, tức là các đất đá không liên kết;

- quá trình tái lập bị giới hạn theo thời gian, khác với các

hồ chứa lớn, ở chỗ là trong kết quả là qua một thời gian tiến tới hình thành lát cắt cân bằng động lượng;

- lát cắt cân bàng trên các hồ chứa nhỏ đồng bằng khác với các hồ chứa lớn là có hành loạt các đặc điểm đặc trưng: a) phần

bờ bãi bồi không ngập nước nhỏ, dao động từ 0,5 - 1,5m; b) phần bãi bồi ngập nước có dạng thẳng với độ nghiêng nhỏ c) thành phần tích tụ nhỏ và bãi bồi thuộc loại mài mòn tích tụ; d) độ sâu

cố định phía ngoài bãi bồi;

- phụ thuộc vào đất đá cấu tạo nên sườn dốc bờ mài mòn có thể chia ra ba dạng lát cắt cân bằng: a) thống kê thành tạo bởi

sự xói lở đất đá bao gồm các loại cuội, sỏi khác nhau dẫn đến sự phân hoá phù sa bởi sóng và sắp xếp chúng trong một trật tự

nhất định Điêù đó được hiểu là sự bổ sung các phần tử lớn vào

vùng gần mép nước tạo nên các cầu nối làm bền vững bãi bồi và

đưa các loại hạt nhỏ ra khỏi nó; b) động học hình thành trong

đất đá thành phần tương đối đồng nhất như là cát hạt lớn; c)

trung gian, khi mà một phần bãi bồi gồm các hạt lớn, phần còn

lại là cát

Như vật, các đặc điểm bờ mài mòn được tách ra cho phép

hình thành và giới hạn khung áp dụng phương pháp được soạn

thảo

Trước khi nhận được các quan hệ tính toán chúng tôi đã

tiến hành các phân loại sau:

- phân loại gốc, giữ tái lập sườn bờ Đã tách được hai dạng

lát cắt: lát cắt phần trên mặt nước có xói lở; mặt cắt với hình

dạng gồ ghề;

- phân loại hồ chứa với sự phân chia hai nhóm thuỷ vực,

khi đó cơ sở của phân loại này là chế độ dao động mực nước ở

tuyến trên đập trong thời kỳ không đóng băng Đã phân ra hai

nhóm đối tượng: nhóm 1 - dao động mực nước vận hành hơn 0,5

m; nhóm 2 - dao động mực nước vận hành nhỏ hơn 0,5 m;

- phân loại đất đai xói lở Đã xét các đất đá đồng nhất liên

kết và đất đá không đồng nhất không liên kết

Trước đây đã lưu ý rằng quá trình tái lập bờ là quá trình

đa nhân tố Cho nên khi xây dựng các mô hình xác suất thống

kê mô tả hình dạng lát cắt bờ bị phá huỷ trong các thời gian

khác nhau về mọi khía cạnh đã tính đến ảnh hưởng của các

nhân tố và các điều kiện xác định quá trình gây nên [49] Trên

cơ sở thực hiện phân tích nhân tố và cũng như việc phân tích

bằng phương pháp đánh giá thực nghiệm [57] đã xác định được

rằng sự phát triển của quá trình tái lập trong các điều kiện hồ

chứa nhỏ diễn ra dưới tác động của một số các nhân tố ít hơn so với điều kiện của hồ chứa lớn Khi đó nhóm nhân tố tạo bờ chủ yếu gồm: sóng gió và chế độ mực nước, đo đạc hình thái hồ chứa,

đặc điểm cấu tạo sườn bờ và các đặc trưng thạch học của đất đá

) , , , ( x x xif

với y là một trong những đặc trưng sau đây của lát cắt tái lập:

sự hạ thành bờ (St); thể tích tái lập (Q t); độ rộng phần ngập của

bãi bồi (Bn) góc nghiêng của nó( in); xi - các đặc trưng nhân tố

chi phối sự tái lập bờ: các tham số thuỷ văn, tham số sườn bờ và

các tham số khác Cụ thể hơn là: x1 - đặc trưng sóng gió - độ cao

sóng tần suất 1% (h1%); x2 - biên độ dao động mực nước trong

thời kỳ không đóng băng (Akb); x3 - chiều dài đà sóng (D); x4 -

phân bố độ sâu theo đã sóng (hD); x5 - độ cao bờ lở có gờ mài mòn

(Hmm); x6 - độ dốc sườn bờ (ib); x7 - đường kính trung bình của

phần tử đất đá (d50); x8 - hệ số bất đồng nhất đất đá (η)

Như đã xác địnhtrước đây, sự phát triển các thành phần

tuyến tính của lát cắt theo thời gian (St; Qt; Bn và các thành

phần khác) có thể biểu diễn bằng mối quan hệ hàm số:

b

t f t y

với ti - khoảng thời gian; b - số mũ

Biểu thức dạng (4.10) được gọi là mô hình động học của

quá trình tái lập [82] Đối với trường hợp các hồ chứa nhỏ mô

hình động học có thể có hai biến thể: thứ nhất cho sườn có dạng

gồ ghề [55]:

b i o

t y t y

và thứ hai - đối với bờ dạng sườn bờ bở rời:

b o d

y

với y0 - giá trị tham số yt1 ở cuối năm đầu tiên vận hành hồ

chứa; yd - giá trị đầu tiên của sự phá huỷ sườn bờ;

Liên quan đến tính kém chính xác của việc xác định yd

thường sử dụng phương trình (4.11) Do các mô hình (4.11) và

(4.12) không tính đến ảnh hưởng của các nhân tố tạo bờ riêng

biệt nên sau khi phân tích nhân tố các tác giả đã áp dụng xấp xỉ quan hệ phi tuyến thành các đoạn tuyển tính (4.9), mô tả động lực của hiện tượng, khi đó đường cong (4.9) được thể hiện dưới dạng các đường thẳng thành phần và cho phép bỏ qua phân bố chuẩn trên các giai đoạn phát triển riêng của các thành tố lát cắt và nhận được phương trình có dạng như sau:

3 3 2 2 1

A A

với X1, X2, X3 - các tổ hợp tạo bờ; X1 = D / hD - đặc trưng đo đạc

hình thái của thuỷ vực; X2 = h1%/Akb - đặc trưng chế độ thuỷ văn

của hồ chứa; X3 = Hb/d50 - các đặc trưng địa mạo của sườn bờ

trượt lở; X3 = ib/ η - đặc trưng địa mạo của sườn gồ ghề

Đối với bờ cấu tạo bởi đất đá tương đối đồng nhất nhưng có hình dạng ban đầu khác nhau, mô hình quá trình ở cuối thời

=

50 3 1

2 1

d

H A A

h A h

D A A

kb D

=

ηb

kb D

o t

i A A

h A h

D A A y

1 2 1

t y y

K i

1

với tk - hạn tái lập cuối cùng hoặc là thời gian hình thành lát cắt

cân bằng Giá trị b dẫn trên bẳng 4.4 Chấp nhận rằng sự hình

thành lát cắt tái lập diễn ra trong thời kỳ không đóng băng vơpí

các cao độ bằng hoặc gần bằng mực nước chuẩn hiệu dụng, ta có

các hệ thức sau: trong tính toán bằng thời hạn cuối cùng đối với

hồ chứa nhóm 1 coi tk = 15 năm, nhóm 2 - tk = 10 năm

Bảng 4.3 Các hệ số A0 , A 1 , A 2 , A 3 để xác định các yếu tố lát cắt

Nhóm

hồ chứa

Thời hạn

dự báo , năm

Dạng

sườn bờ

Tham số lát

cắt tái lập

15 Trượt

S 20.40 0.007 -58.90 -64.18

1

10 Trượt

Q 67.10 -0.04 -28.46 -0.001

2

Khi tính toán các nguyên tố của lát cắt cấu tạo bởi đất đá

có tính bất đồng nhất cao hơn, người ta sử dụng mô hình dạng:

Q S b t

t y y

K

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

với kΠ S,Q - các hệ số hiệu chỉnh có tính đến sự thành tạo các cầu

nối trên bề mặt bãi bồi phụ thuộc vào tính bất đồng nhất của

đất đá xói lở và hàm lượng các nhóm đất lớn trong đó thu được

bằng các khảo sát ngoài thực địa và trong phòng thí nghiệm

Điều kiện biên của các biểu thức (4.14) - (4.15) cho trong bảng

4.5

Nguyên tố quan trọng khi thực hiện dự báo là xác định độ

sâu bên ngoài bãi bồi Đối với các điều kiện hồ chứa nhỏ vùng

rừng Hb được xác định theo biểu thức (3.1)

Bảng 4.4 Chỉ số mũ b

Nhóm

hồ chứa

Dạng lát cắt

Nguyên tố lát cắt

b Nhóm

hồ chứa

Dạng lát cắt

Nguyên tố lát cắt

b

Trượt lở

i 0,41

Trượt lở

i 0,42

1

Gồ ghề

i 0,58

2

Phẳng

i 0,42

Khi mà chỉ dự báo sự tái lập sườn bờ phần không ngập nước, phương trình (4.13) kết hợp với việc sử dụng hướng dẫn công bố trong các công trình của V N Ezarian và V K Episin [20] có thể viết:

3 3 2 2 1 1

3 3 2 2 1 1

3 3 2 2 1 1

2 2

2 2 2

1 1

1 1 1

X A X A X A A y

X A X A X A A y

X A X A X A A y

K K

K K

t

o t

o t

+ +

+

=

⎪⎭

⎪

⎬

⎫ +

+ +

=

+ +

+

=

với ti - số năm vận hành hồ chứa Coi lượng các nhân tố tạo bờ

và các giá trị hệ thức của chúng X1, X2, X3 trong các phương trình là hằng số, khi dự báo có thể sử dụng các đồ thị thay đổi

các hệ số A0, A1, A2, A3 theo thời gian (Hình 4.3) [54] Biểu thức nhận được dạng (4.18) là mô hình động lực hình thái của quá

trình tái lập

Bảng 4.5 Các điều kiện biên ứng dụng quan hệ (4.14) - (4.18)

Các nhân tố tạo bờ và giới hạn thay đổi của chúng Nhóm hồ

Yêu cầu xác định sự tái lập bờ của hồ chứa G, trên bờ của

nó bao gồm: bên trái - nhà máy nước đá (50m cách mép nước);

bên phải - trạm tự động, công trình dân dụng (30 - 60 m cách

mép nước)

Tập hợp được các tài liệu sau: bình đồ hồ chứa tỷ lệ M 1:

500 (Hình 4.4); các lát cắt ngang hồ chứa (Hình 4.5); các tài liệu

điều tra địa chất (bản đồ phân bố các hố khoan, bảng độ dày và

thành phần các trầm tích); thời hạn và độ dài của thời kỳ không

đóng băng; phân bố và khoảng cách đến trạm khí tượng gần

nhất (m/s Minsk)

Thực hiện dự báo

1 Liên quan tới vị trí nằm cạnh mép nước của các đối

tượng kinh tế quốc dân chấp nhận lời giải về tính đa mục đích

của việc thực hiện dự báo ở cuối thời hạn tk - tương ứng với sự

phá huỷ cực đại sườn dốc

2 Theo đồ thị phương sai (Hình 4.6) đã xác định - đối

tượng đang xem xét (hồ chứa) G thuộc nhóm hồ chứa thứ hai

3 Thời hạn tính toán cuối cùng của tái lập tk = 10 năm

Hình 4.3 Sự thay đổi các hệ số A0 A 3 theo thời gian

4 Theo tài liệu hiệu chỉnh - hướng gió chủ đạo trong thời

kỳ không đóng băng là các hướng bắc và tây bắc

5 Theo bình đồ hồ chứa và định vị của nó (xem hình 4.4)

và hướng gió chủ đạo trong thời kỳ không đóng băng, tương ứng

là cả với sóng, nhận được - sự tái lập sẽ được khẳng định chỉ ở

bờ trái trong phần gần đập của hồ chứa

6.Trên bình đồ ở tỷ lệ tương ứng theo đường pháp tuyến với mép nước đặt các mặt cắt tính toán ngang qua từng 50 m sau đó vẽ lát cắt của nó với mực nước đặc trưng của tuyến trên

đập với mực nước chuần hiệu dụng , mực nước chết Số tuyến ngang tất cả là 11

7 Theo lát cắt ta xác định - bờ trên đoạn xói lở dạng gồ ghề cấu tạo bởi cát cỡ hạt trung bình

Hình 4.4 Sơ đồ hồ chứa G

8 Chọn mô hình dự báo Đối với đoạn bờ đang xét chọn mô

hình (4.5) tức là mô hình mô tả lát cắt với bờ gồ ghề cấu tạo bởi

đất đá đồng nhất trong điều kiện hồ chứa nhóm 2 trong thời kỳ

tk = 10 năm

9 Tiến hành chuẩn bị các thông tin ban đầu để thực hiện

dự báo

Theo số liệu trạm khí tượng Minsk đối với từng tuyến đo

tính toán tiến hành xác định D và h1% Theo bình đồ hồ chứa

tìm được độ sâu trung bình hD theo D Xác định độ dốc sườn bờ,

hệ số bất đồng nhất của đất đá Mọi số liệu gốc được bố trí ở dạng bảng 4.6

Như việc phân tích kết quả tái lập bờ đã chỉ ra trong giai

đoạn cuối cùng, sự vận chuyển cấu tạo của nhà máy đá thực hiện không hiệu quả do sự tái lập tuyến tính bờ không lớn

Bảng 4.7 Kết quả dự báo tái lập bờ hồ chứa G trong thời kỳ 10 năm

Để dự báo các quá trình bờ và cụ thể là dự báo sự phát

triển các bờ mài mòn trong thực tế người ta áp dụng một số

phương pháp tương tự Thuộc nhóm đầu tiên gồm các đề xuất

của B A Poliacov [91], E K Gretrisov [13, 14], và những người

khác Dự báo thực hiện trong thời kỳ 10 năm vận hành hồ chứa

và trên giai đoạn cuối có ý nghĩa thực tiễn Khi xây dựng lát cắt

tính toán trong giai đoạn 10 năm đối với phần hồ của hồ chứa

đã xác định tính chất bãi bồi (mài mòn, tích tụ - mài mòn v.v )

và theo tương tự tiếp nhận độ dốc của nó

Độ sâu tác động sóng lên vùng biên của bãi bồi trong thời

kỳ 10 năm nhận bằng gấp rưỡi độ cao sóng 20% trong đất đá cát

kết và á sét và bằng gấp hai độ cao sóng trong đất bột Trong

phương pháp tính toán ở giai đoạn cuối độ sâu tác động được

xác định không từ mực nước dâng bình thường mà từ mặt bằng

sự hạ mực nước của thời kỳ không đóng băng và nước bé

Nhóm phương pháp tương tự thứ hai là phương pháp G, S

Zolotarev [23, 24], sự khác biệt cơ bản của nó là hệ thống khảo

sát địa chất công trình các sườn hồ chứa cho phép nhận được

bức tranh chi tiết về cấu tạo của chúng Độ sâu tác động sóng

đưcợ xác định theo mối phụ thuộc vào tính chất đất đá cấu tạo bãi bồi Nhận chỉ số năng lượng sóng là độ cao sóng 20%

Trong các tính toán không chỉ định việc tính thời gian kéo dài của thời kỳ không đóng băng, nó rất khác nhau trong các đới khí hậu khác nhau

Hình 4.6 Tiến trình mực nước ở tuyến trên đập hồ chứa G

Thuộc phân nhóm tương tự thứ ba là các phương pháp của

Ph P Savarenski [110], V.L Bulakha [6], L B Rozovski [103, 104], Ph A Norkus [87] và Đ P Phinarov [125, 127] Các phương pháp này yêu cầu các quan trắc chế độ thường xuyên trong các hồ chứa vận hành và hầu như là dạng chuyển tiếp sang phương pháp dự báo quá trình tái hình thành bờ của các

hồ chứa thiết kế

Các bờ hồ chứa dự báo cần thoả mãn tương tự của mình theo hình dạng đường bờ theo bình đồ và lát cắt, theo thành phần đất đá, theo vị trí chân sườn và theo chế độ mực nước và

chế độ sóng Để các so sánh có cơ sở đã tiến hành thành lập các

album mô hình tương tự lát cắt và không gian Phương pháp

tương tự được áp dụng bởi V L Bulakha khi thành lập dự báo

sự tái lập bờ hồ chứa Kakhovski Bằng con đường so sánh cấu

tạo địa chất và địa mạo bờ A Đ Kolbutov và Đ Ph Phinarov

[36, 125] đề xuất chọn mô hình tương tự

Bằng phương pháp tương tự với động lực học bờ biển B A

Pưskin [98] sử dụng để giải thích quá trình tái hình thành các

bờ hồ chứa

Phương pháp được soạn thảo đầy đủ nhất trong nhóm này

là phương pháp L B Rozovski Dự báo được thực hiện bằng

cách nội suy số liệu với mô hình tự nhiên lên đối tượng dự báo

Việc lựa chọn tương tự tiến hành theo các đánh giá định tính và

các chỉ tiêu thích hợp định lượng Có năm chỉ tiêu thích hợp địa

chất: thích hợp thủy động lực, thích hợp thạch học, thích hợp

quá trình tích tụ, Thích hợp hình học lát cắt sườn, thích hợp

hình học hình dạng đường bờ trên bình đồ

Các chỉ tiêu thích hợp định lượng là các đại lượng vô thứ

nguyên phản ánh sự tương hỗ của các nhân tố và điều kiện tạo

bờ Vậy nên các chỉ tiêu đa năng của thích hợp địa động học do

L B Rozovski đề xuất [104 -107] bằng:

C H

C

C h

với - γ mật độ; C - lực nối; H - độ cao sườn; α - góc nghiêng; h -

độ dày lớp phủ Ngoài ra mỗi độ lệch của điều kiện thực tế và sơ

đồ tính được tính do hệ quả các chỉ số (chỉ tiêu ký hiệu):

- chỉ tiêu độ cong của sườn trên bình đồ:

R H

(với H - độ cao sườn; R - bán kính cong của sườn trên bình đồ;

dấu " + " tương ứng với bờ lồi và dấu " - " tương ứng với bờ lõm);

- chỉ số phân tán sườn dốc bằng các dạng địa hình xói mòn:

x H

(với x - khoảng cách lát cắt đang xét đến thung lũng gần nhất);

- chỉ số độ dsì đoạn không ổn định:

z H

(với z - độ dài đoạn cắt hay là đoạn cong nâng lên);

- chỉ số tỷ lệ:

x B

với Br - hình chiếu sườn lên trục ngang) Trên bản đồ các mô hình ựt nhiên đại lượng tái lập cho dưới dạng các đường cong đảm bảo, chúng cho phép lựa chọn các giá trị xói lở phụ thuộc vào giá trị sinh thái của đoạn

Phương pháp dự báo tái lập bờ theo các tương tự địa chất công trình và thuỷ văn được I N Krưjzanovskaia [42] hoàn thiện tiếp, bà đề xuất một cách tiệm cận thống kê xác suất mới trong dự báo tái lập bờ hồ chứa Thay thể album tương tự bằng việc tạo ra một hệ thống tìm kiếm thông tin "bờ hồ chứa", chứa

đựng các đặc trưng định tính và định lượng các sườn bờ riêng biệt

Trong phụ lục của hồ chứa nhỏ đồng bằng đã hình thành các luận điểm phương pháp thích hợp thuỷ địa mạo tự nhiên, có thể sử dụng khi dự báo các quá trình mài mòn [58, 63, 68]

Phương pháp bổ sung và phát triển các luận điểm đã biết [104 - 107] khi tuân thủ các yêu cầu sau:

- phương pháp có thể áp dụng chỉ đến đối tượng nước

trong một nhóm (ví dụ, tương tự và đối tượng dự báo cần thuộc

một nhóm thuỷ vực theo chế độ mực nước);

- phương pháp có thể áp dụng ( trong trường hợp thực hiện

điểm đã nêu) đối với các sườn bờ giống nhau về hình dạng

(tương tự và đối tượng dự báo);

- đạt đến sự thích hợp của tương tự và đối tượng dự báo

bằng cách thực hiện các diều kiện thích hợp thuỷ địa mạo, thuỷ

văn và đó đạc hình thái

Ngoài các điều kiện thích hợp đã nêu, cần tuân thủ thích

hợp quá trình có tính đến nhân tố thời gian cũng như tính giai

∈ Φ

aH

k k

k H

k k k k k k k k k

aH

M M M

M

M M

M

M M M M M M M M M

T T

r y

d A

H r y

, ,

, , ,

(

, , , , , , , ,

cp cp

k

cp k

h D M

B H

M

B L M

H T y

/

/

/3

/

%

cp k

kb k

cp kb k

W M

A h M

H A M

i M

d H M

L L M

k k k

2 1

(4.29)

với L - chiều dài hồ chứa, m; Bcp - độ rộng trung bình của hồ

chứa, m; D - chiều dài đà sóng tính toán, m; hD- độ sâu trung

bình của hồ chứa theo chiều dài đà, m; Akb - biên độ dao động

mực nước trong thời kỳ không đóng băng, m; h1% - độ cao sóng 1% trong hệ thống, m; Wcp- thể tích trung bình nhiều năm của dòng chảy sông vào tuyến đo hồ chứa, triệu m3

; V - thể tích đầy

đủ của hồ chứa triệu m3

; L1 - chiều dài theo đường chim bay của

đường bờ, m; L2 - chiều dài thực tế của đường bờ, m; H - độ cao

bờ, m; d50 - đường kính trung bình của phần tử đất đai bị xói lở,

m; i - độ dốc bờ; η - hệ số bất đồng nhất của đất đai bị xói lở

Tuân thủ các yêu cầu thích hợp của các chỉ tiêu (4.27) - (4.29) đối với việc lựa chọn tương tự có cơ sở và khá chính xác khi dự báo biến hình các bờ gốc bằng phẳng hoặc có đập nhô và

đập trên các hồ chứa triều không phải khi nào cũng thực hiện

được Cho nên, ví dụ, đối với giai đoạn thiết kế coi là đủ với lần xấp xỉ đầu tiên là tuân thủ các chỉ tiêu thích hợp sau đây:

A h M

h D M

d A H

k k

D k

/ /

/

Khi so sánh tương tự với các điều kiện cho trước cần phải

sao cho giá trị các chỉ tiêu với sự trùng hợp hoàn toàn các chỉ

tiêu là gần giống nhau Giá trị số của ácc chỉ tiêu thích hợp

trên cơ sở tính toán hàng loạt hồ chứa được dẫn trong các biểu

thức (4.27) - (4.29)

Cần lưu ý rằng tương tự các quá trình diễn ra trong điều

kiện của mô hình tương tự và đối tượng đang xét có thể đạt được

chỉ khi tuân thủ sự thích hợp mọi chỉ tiêu trên các mực khác

nhau, cụ thể là: hồ chứa - đoạn - tuyến Khi đó tương tự hoàn

toàn có thể đạt được bằng cách đảm bảo các điều kiện như sau:

- thích hợp hồ chứa bằng cách chỉ số hoá các chỉ tiêu thuỷ

văn và đo đạc hình thái;

- thích hợp đoạn bờ nghiêng về phía phát triển hiện tượng

mài mòn bằng cách lựa chọn các chỉ tiêu đo đạc hình thái (4.27),

thuỷ văn (4.28) và thuỷ địa mạo (4.29)

- thích hợp tuyến đo tính toán bằng cách thực hiện các chỉ

tiêu (4.27) - (4.29) có tính đếnthời gian và tính giai đoạn của

quá trình

Cần lưu ý rằng các phương pháp soạn thảo trên cơ sở các

số liệu thực tế để dự báo các quá trình mài mòn nhờ tương tự tự

nhiên có thể áp dụng đối với các dạng hồ chứa nhỏ khác nhau

Dưới đây sẽ trình bày các ví dụ thực hiện dự báo sự phát triển

xói lở chân hồ chứa dạng triều

Trên các hồ chứa thiết kế dạng triều (Hình 4.7 a) cần xác

định biến hình chân sườn đạp không cố định phía trên và dạng lát cắt ổn định

Hình 4.7 Sơ đồ hồ chứa dạng đổ

a - hồ chứa thiết kế; b - hồ chứa tương tự