Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán xác định độ mở cống hợp lý nhằm tránh xói lở hạ lưu công trình trong hệ thống thủy lợi bắc hưng hải

Qua quá trình quản lý khai thác vận hành các cống chính trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải do công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải quản lý đã xuất hiện tượng xói hạ lưu công trình ngay

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1 Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải 1

2 Sự cần thiết của đề tài 1

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.Mục đích nghiên cứu: 2

III PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.Cách tiếp cận: 3

2.Phương pháp nghiên cứu: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC HƯNG HẢI VÀ CÁC CỐNG TRÌNH CHÍNH 4

1.1.ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ VÙNG NGHIÊN CỨU 4

1.1.1 Vị trí địa lý, phạm vi hành chính 4

1.1.2 Đặc điểm địa chất - địa hình và các quá trình địa mạo 5

1.1.3 Thổ nhưỡng và đặc điểm nền đáy các khu vực tưới tiêu nghiên cứu 6

1.1.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 6

1.1.5 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi 7

1.1.6 Đặc điểm kinh tế – xã hội 7

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH KHAI THÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI 12

1.2.1 Về quản lý hệ thống 12

1.2.2 Về vận hành tưới tiêu của hệ thống 13

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XÓI LỞ CÔNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI 14

2.1 CƠ SỞ THỰC TIỄN TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRONG HỆ THỐNG 14

2.1.1 Tổng quan hệ thống công trình : 14

2.1.2 Hệ thống kênh trục chính: 14

2.1.3 Hiện trạng xói lở các cống chính trong hệ thống Bắc Hưng Hải 15

2.2 ĐẶC ĐIỂM XÓI LỞ HẠ LƯU CÁC CỐNG TRONG HỆ THỐNG 19

2.3 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN XÓI LỞ 20

2.3.1 Yếu tố công trình 20

2.3.2.Các yếu tố thuỷ lực, thuỷ văn 20

2.3.3 Quản lý vận hành 20

2.3.4 Các yếu tố của đất nền 20

2.3.5 Đối với hệ thống Bắc Hưng Hải 20

2.3.6 Công thức tính lưu tốc mạch động và cường độ (áp lực) mạch động 22

2.3.7 Công thức tính vận tốc khởi động xói (theo tiêu chuẩn thiết kế hệ thống kênh tưới 4118-85) 22

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ MỞ CỐNG HỢP LÝ NHẰM TRÁNH XÓI LỞ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH 24

3.1 Cơ sở lý thuyết 24

3.2 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ VÀ CÁC MODUL 43

3.2.1 Trình tự tính toán 43

3.2.2 Sơ đồ khối 46

3.3 CÁC MODUL CHƯƠNG TRÌNH 47

3.3 CÁC MODUL CHƯƠNG TRÌNH 48

3.4 KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH PHẦN MỀM 48

3.4.1 Phần tính toán độ mở cho các cống 48

3.5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐƠN VỊ SỬ DỤNG 57

3.5.1 Phần mềm tính toán độ mở cống 57

3.5.2 Ứng dụng tính toán bồi xói kênh mương 58

3.5.3 Các yêu cầu đối với đơn vị sử dụng: 58

3.6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG 59

3.6.1 Ứng dụng tính toán độ mở cống hợp lý: 59

3.6.2 Ứng dụng tính toán bồi đắp kênh dẫn 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

1 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 61

2 KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Số liệu hành chính, diện tích, dân số hệ thống Bắc Hưng Hải 8

Bảng 1.2 : Tổng giá trị GDP và GDP bình quân đầu người các tỉnh trong vùng 9

Bảng 1.3: Thống kê diễn biến chăn nuôi gia súc gia cầm vùng Bắc Hưng Hải 10

Bảng 2.1 Bảng tra hệ số K trong công thức kiểm tra xói 23

Bảng 2.2 Bảng trị số co hẹp thẳng đứng ε và tính nối tiếp sau cửa cống phẳng (STKTTL Tập I) 25

Bảng 2.3.: Trị số hệ số ξv của van với độ mở khác nhau 42

Bảng 2.4 Bảng hệ số m, mσ, ϕ, ϕn, εo các cống chính hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải 42

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.a: Chảy không ngập 24

Hình 1.b,c: Chảy ngập 25

Hình 2.b,c 29

Hình 2.d,e 29

Hình 2.e 33

Hình 2.f 35

Hình 3.d 39

Hình 3.e 39

Hình 3.g 39

Hình 3.h 39

Hình 4 40

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1 Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải

Hệ thống thuỷ lợi Bắc Hưng Hải nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, được bao bọc bởi 4 con sông lớn: Sông Đuống, Sông Luộc, Sông Thái Bình, Sông Hồng; Bao gồm địa giới hành chính của 4 tỉnh: toàn bộ tỉnh Hưng Yên,

7 huyện thành phố thuộc tỉnh Hải Dương, 3 huyện thuộc tỉnh Bắc Ninh và quận Long Biên và huyện Gia Lâm thuộc thành phố Hà Nội

Diện tích tự nhiên là 192.045 ha, đất nông nghiệp là 146.756 ha; dân số khoảng 3 triệu người

Hệ thống được khởi công xây dựng tháng 10/1959 đến nay đó qua 54 năm vận hành khai thác và xây dựng bổ sung, hệ thống đã tương đối hoàn chỉnh; bao gồm các công trình:

− Cụm cụng trình đầu mối cống Xuân Quan, cống Báo đáp

− 235km kênh trục chính

− 13 công trình điều tiết trên kênh chính, âu thuyền và cống đầu kênh

− Trên 300 trạm bơm lớn , nhỏ ( và khoảng 300 trạm bơm do dân tự làm)

− Trên 800 cống tưới tiêu cho phạm vi > 250ha

− Hàng ngàn km kênh các loại và hàng ngàn cống nhỏ

2 Sự cần thiết của đề tài

Qua quá trình quản lý khai thác vận hành các cống chính trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải (do công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải quản lý) đã xuất hiện tượng xói hạ lưu công trình ngay phía sau sân tiêu năng,

có công trình gây sạt nở mái bờ kênh, gây ra mất an toàn công trình và việc

Từ thực tế vận hành các cống trong hệ thống Bắc Hưng Hải nêu trên nói riêng và hầu hết các hệ thống thủy lợi nói chung, cần thiết phải tính toán xác định độ mở cho phép đối với các điều kiện chênh mực nước thực tế tại cống, đảm bảo không gây ra xói nở hạ lưu cống và phải đưa ra được quá trình đóng

mở cống cho một đợt vận hành tức là xác định độ mở cống lớn nhất ban đầu

và các độ mở tiếp theo khi mực nước hạ lưu được dâng dần lên theo các bước tính toán Trong điều kiện thực tế hiện nay máy tính điện tử đã khá phổ biến, kết quả đề tài sẽ xây dựng phần mềm tính toán độ mở phù hợp cho các cống chính trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải Đây cũng là công cụ tính toán các chỉ tiêu thiết kế cống như độ rộng, tiêu năng … để giúp cho việc theo dõi, đánh giá bồi lắng kênh mương, phục vụ công tác quản lý vận hành cống và kênh hạ lưu cống, phần mềm cũng bao gồm một modul tính toán khối lượng xói lở, bồi lắng kênh

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đánh giá được ảnh hưởng việc vận hành mở các cống đến quá trình xói

nở hạ lưu cống, bao gồm cơ sở lý thuyết và thực tế theo dõi đo đạc Đánh giá nguyên nhân gây xói đưa ra cơ sở lý thuyết tính toán đưa ra giải pháp vận hành cống phù hợp hạn chế xói nở hạ lưu công trình

- Xây dựng được công cụ phần mềm tính toán xác định độ mở cống phù hợp và ứng dụng được trong thực tế vận hành tại công ty Bắc Hưng Hải

III PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Các cống chính trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải (Xuân Quan, Báo Đáp, Kênh Cầu, Lực Điền, Tranh, Bá Thủy, Neo, Cầu Xe, An thổ)

1.Cách tiếp cận:

- Tiếp cận thực tế: Thu thập, nghiên cứu các số liệu về các cống chính trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, quá trình vận hành và các số liệu đo đạc mực nước, lưu lượng

- Tiếp cận các phương pháp nghiên cứu mới về tiêu nước trên thế giới

- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

- Phương pháp kế thừa

- Phương pháp phân tích

- Phương pháp mô hình toán

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC HƯNG HẢI VÀ CÁC

CỐNG TRÌNH CHÍNH

CỨU

Hệ thống Thuỷ nông Bắc Hưng Hải nằm ở giữa đồng bằng sông Hồng,

vị trí được xác định theo toạ độ:

- 20º30’ đến 21º07’ vĩ độ Bắc

- 105º50’ đến 106º36’ kinh độ Đông

Hệ thống Bắc Hưng Hải được bao bọc bởi 4 con sông lớn:

- Sông Đuống ở phía Bắc với độ dài phần chảy qua hệ thống là 67km;

- Sông Luộc ở phía Nam với độ dài phần chảy qua hệ thống là 72km;

- Sông Thái Bình ở phía Đông với độ dài phần chảy qua hệ thống là 73km;

- Sông Hồng ở phía Tây với độ dài phần chảy qua hệ thống là 57km Tổng diện tích tự nhiên là 214.932ha, diện tích phần trong đê là 192.045 ha; đất nông nghiệp là 146.756 ha bao gồm đất đai của toàn bộ tỉnh Hưng Yên (10 huyện), 7 huyện thị của Hải Dương, 3 huyện của tỉnh Bắc Ninh và 2 quận, huyện của thành phố Hà Nội

Hình 1.1: Bản đồ hành chính hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải

Địa hình có xu hướng dốc dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam hình thành

3 vùng chính:

Vùng ven sông Hồng , sông Đuống cao độ phổ biến (+4,0m), chỗ cao nhất +8,0m ÷ +9,0m Thành phần gồm: đất pha cát, đất thịt nhẹ, ít chua, đất thấm nước cao, mực nước ngầm nằm sâu

Vùng trung tâm với cao độ +2,0m đến +2,5m;

Vùng ven sông Luộc, sông Thái Bình, cao độ phổ biến + 1,0m đến +1,5m Nơi thấp nhất +0,5m, đất chua, nước ngầm nằm cao

1.1.3 Thổ nhưỡng và đặc điểm nền đáy các khu vực tưới tiêu nghiên cứu

Đất đai được hình thành do phù sa sông Hồng - Thái Bình, thành phần

cơ giới của đất từ thịt hẹ đến thịt pha nhiễm chua và nghèo lân, chia ra thành các loại sau:

1 - Loại đất phù sa sông Hồng không được bồi màu nâu thẫm trung tính, ít chua, đây là loại đất tốt rất thích hợp cho trồng màu và lúa cao sản

2 - Loại đất phù sa sông Hồng không được bồi lắng trung tính ít chua glây trung bình, loại đất này có tầng phù sa dày, thành phần cơ giới đất thịt trung bình đến thịt nặng, loại đất này thích hợp cho cấy lúa 2 vụ

3 - Loại đất phù sa sông Hồng có tầng loang lổ không được bồi lắng, màu đất nâu nhạt, tầng phù sa mỏng, thành phần cơ giới từ trung bình đến nặng, bị sét hoá mạnh, chất hữu cơ phân huỷ chậm thường bị chua, cần được cải tạo

Trong đó, chủ yếu là đất phù sa Glây của hệ thống sông Hồng (Phg) chiếm tỷ lệ diện tích lớn nhất

Lưu vực Bắc Hưng Hải nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, tuy không giáp với biển nhưng vẫn chịu ảnh hưởng của khí hậu miền duyên hải, hàng năm chia hai mùa rõ rệt: mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều Mùa đông lạnh, ít mưa từ tháng 11 đến tháng 3

- Mưa năm: Lượng mưa năm trung bình nhiều năm trong vùng nghiên

cứu đạt 1.400 - 1.600 mm Vùng mưa lớn thường xuất hiện ở khu vực phía Nam và Đông Nam của hệ thống với lượng mưa trung bình năm đạt 1.548

mm tại Ninh Giang, 1.648 mm tại Hưng Yên, 1.523 mm tại Hải Dương

- Nhiệt độ: Nhiệt động trung bình năm 23,3 0C và khá đồng nhất

- Độ ẩm: Độ ẩm tương đối trung bình năm 80-85%

- Bốc hơi: Lượng bốc hơi trong toàn năm ở trong vùng từ 700 ÷ 800mm

Lớn nhất là tháng 10 và 11 và nhỏ nhất là tháng 3

- Nắng: Trung bình năm đạt 1.623 giờ tại Hải Dương, 1.473 giờ tại

Hưng Yên, 1.589 giờ tại Hà Nội

- Gió: Trung bình tháng năm đạt 1,1-2,4 m/s Tốc độ gió lớn nhất khi có bão đạt trên 40 m/s, 23/8/1980 tại Hải Dương, 40,0 m/s tại Hưng Yên

- Bão và áp thấp nhiệt đới: Mưa to do ảnh hưởng của bão gây ngập lụt

khá nghiêm trọng, lượng mưa do bão chiếm tỷ trọng lớn tới 15 ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, tháng 8 lượng mưa do bão chiếm tới 30 ÷ 50% tổng lượng mưa tháng

1.1.5 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi

Hệ thống Bắc Hưng Hải được bao bọc bởi 4 con sông lớn là: Sông Đuống ở phía Bắc, Sông Luộc ở phía Nam, Sông Thái Bình ở phía Đông và Sông Hồng ở phía Tây

Các sông nội đồng: Sông Kim Sơn, sông Đình Đào, Sông Điện Biên, Sông Tây Kẻ Sặt, Sông Đình Đào, Sông Cầu Xe (cống Cầu Xe), Tứ Kỳ (cống

An Thổ), Sông Cửu An, Sông Tràng Kỹ là sông tưới tiêu kết hợp, có nhiệm

vụ dẫn nước tưới cho phần phía Đông của tiểu khu Gia Thuận, một phần tiểu

khu Bắc Kim Sơn và phần phía Bắc của tiểu khu Cẩm Giàng

1.1.6.1 Hành chính

Vùng nghiên cứu theo các quyết định phân chia địa danh hành chính mới nhất bao gồm địa giới hành chính của 4 tỉnh: toàn bộ tỉnh Hưng Yên, 7 huyện và Thành phố tỉnh Hải Dương, 3 huyện thuộc tỉnh Bắc Ninh và 2 quận huyện thuộc thành phố Hà Nội Các địa danh hành chính cụ thể bao gồm 343

xã, 34 phường với diện tích tự nhiên 214.931ha, dân số 2.709.362 người

Bảng 1.1: Số liệu hành chính, diện tích, dân số hệ thống Bắc Hưng Hải

(ha)

Dân số (người)

(Nguồn: Theo niên giám thống kê của các tỉnh)

- Dân cư, dân tộc: Vùng nghiên cứu là các tỉnh thuộc đồng bằng bắc

Bộ, dân tộc ở đây chủ yếu là dân tộc Kinh sống định canh định cư từ đời này sang đời khác Mật độ dân số bình quân toàn vùng từ 1000 người/km2 đến

1200 người/km2, trong đó thành thị 2980 - 3800 người/km2, nông thôn là

1242 người/km2 Tỷ lệ nam nữ trong vùng gần như tương đương nhau khoảng 50% Dân số ở thành thị là 501.621 người, nông thôn là 2.207.743 người chiếm 82% dân số toàn vùng

- Phân bố dân cư theo đơn vị hành chính: Theo số liệu thống kê năm

2004 của các tỉnh trong vùng nghiên cứu thì toàn bộ vùng có số dân là 2.709.362 người Trong đó Hải Dương chiếm 35% , Hưng Yên 41%, Bắc Ninh 13%, Hà nội 10%

- Tốc độ tăng dân số: Những năm gần đây, hưởng ứng phong trào kế hoạch hoá gia đình của Đảng và nhà nước nên tỷ lệ sinh con thư 3 đã giảm đáng kể Theo thống kê thì tỷ lệ sinh trung bình toàn vùng là 1,4% - 1,7% đạt mức độ cho phép

- Lao động: Lứa tuổi trong độ tuổi lao động chiếm 53%, đây là lực lượng chủ yếu làm cho kinh tế vùng phát triển Lực lượng tham gia trong các ngành Nông – Lâm nghiệp là 77%, Công nghiệp là 9,5 – 9,7%, Thương nghiệp là 3,6% còn lại là các ngành nghề khác

8,269 7,3 7,3 8,36

Theo thống kê năm 2004 đất nông nghiệp toàn vùng là 142.391 ha, diện tích đất canh tác là 123.985 ha trong đó diện tích đất trồng lúa là 114.231

ha chiếm 88,6% diện tích đất canh tác Diện tích đất trồng màu và cây công nghiệp là 5.422 ha chiếm 4,3% đất canh tác Diện tích đất có mặt nước nuôi trồng thuỷ sản là 10.975 ha chiếm 7,5% DT đất nông nghiệp

Đất thổ cư toàn vùng là 17.523 ha chiếm 7,8% đất tự nhiên trong đó đất

đô thị chiếm 14% DT đất ở, còn lại là đất ở nông thôn 86%

Diện tích trồng lúa cả năm giao động trong khoảng từ 219.000 ha đến 207.000 ha Sản lượng lúa cả năm đạt từ 1.218.023 tấn đến 1.222.781 tấn, năng suất lúa trong vùng trung bình đạt 50-60tạ/ha trong đó lúa vụ đông xuân năng suất cao hơn vụ mùa Diện tích, năng suất, sản lượng một số năm xem

Đàn lợn trong vùng tăng từ 1.061.923 con năm 2001 lên 1.268.755 con

năm 2004 Đàn bò tăng từ 75.984 con năm 2001 lên 88.905 năm 2004 Đàn trâu giảm do hiện nay do cơ giói hóa tăng nên trâu chủ yếu nuôi để làm thực phẩm Gia cầm trong vùng khoảng 13 triệu con năm 2003, năm 2004 do dịch cúm gia cầm chỉ còn 11 triệu con

Bảng 1.3: Thống kê diễn biến chăn nuôi gia súc gia cầm vùng Bắc Hưng Hải

Sự phát triển về thuỷ sản của vùng nhanh, tốc độ tăng trưởng của nuôi trồng thuỷ sản đạt 19%, đánh bắt dịch vụ thuỷ sản tăng 17,7% Tốc độ này cho thấy đầu tư cho phát triển thuỷ sản của vùng là mạnh Diện tích mặt nước được sử dụng để vào nuôi trồng thuỷ sản khoảng 10.065 ha, một phần diện tích úng - trũng sản xuất lúa kém hiệu quả đã được chuyển sang nuôi trồng thuỷ sản Bảng 1.10

Trong những năm gần đây do cơ chế thị trường chuyển biến mạnh cộng với chính sách mở cửa của nhà nước Việt Nam, các nhà đầu tư trong và ngoài nước đã có điều kiện để mở rộng và phát triển sản xuất do vậy công nghiệp trong vùng phát triển mạnh cả về số và các chủng loại mặt hàng… Tập trung nhiều ở các thị xã, thành phố, các khu đô thị, dọc các trục đường chính của

vùng như đường 5, đường 39…thị xã Hưng Yên, TP Hải Dương và Gia Lâm

Giao thông thuỷ: Ngoài hệ thống sông lớn bao bọc bên ngoài, hệ thống sông nội đồng như: sông Kim Sơn, sông Cửu An ra sông Thái Bình và sông Luộc, một loạt các sông nối liền trục như các sông Điện Biên, Chi ân, Đò đáy…và nhiều sông khác tạo thành một mạng lưới giao thông thuỷ rất thuận tiện cho nội vùng Tại vị trí các cống điều tiết lớn trên sông của hệ thống như Kênh Cầu, Lực Điền, Cống Tranh, Bá Thuỷ, Báo Đáp, Xuân Quan…đều có

âu giao thông để thông thuyền Tuy nhiên các âu thyền này còn nhỏ, xây dựng

đã trên 40 năm nên thiết bị đóng mở bị hư hỏng cần được nâng cấp sửa chữa.Trong vùng có 384 phương tiện vận chuyển hàng hóa, 56 phương tiện vận chuyển người, khối lương vận chuyển hàng năm khoảng 85000 tấn hàng

Từ năm 2000 lại đây một loạt các thành phố, thị trấn, thị tứ được thành lập Tỉnh Hưng Yên phát triển khu đô thị như thị xã Hưng Yên, Phố Nối, Như Quỳnh, các thị trấn huyện tỉnh Bắc Ninh có các thị trấn Hồ (Thuận Thành), thị trấn Gia Bình (Huyện Gia Bình), thị trấn Thứa (huyện Lương Tài) Gia Lâm có các khu đô thị như: khu đô thị Gia Lâm - Sài Đồng - Đức Giang diện tích 4.583 ha, số dân 13.000 người, khu đô thị Trâu Quỳ (đô thị cấp 4) có diện tích 606 ha với số dân 20.000 người Hải Dương có Thành phố Hải Dương và một số thị trấn thuộc các huyện như: Tứ Kỳ, Bình Giang, Thanh Miện, Gia

Lộc, Ninh Giang, Cẩm Giàng… phát triển đô thị là một mục tiêu quan trọng trong quá trình phát triển KTXH vùng

Tổng số dân sống ở khu vực đô thị trong vùng là 507.674 người diện tích đất đô thị toàn vùng là 2.380 ha

THÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI

- Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải trực thuộc Bộ NN&PTNT tổ chức quản lý vận hành các công trình đầu mối tưới, tiêu các trục kênh chính, các cống, đập điều tiết trên kênh chính bao gồm:

- Các công ty KTCTTL trực thuộc các tỉnh tổ chức quản lý các công trình tưới, tiêu nước từ kênh cấp I đến mặt ruộng, cống dưới bờ kênh Bắc Hưng Hải; các trạm bơm tiêu ven đê sông ngoài

Mối quan hệ giữa công ty BHH và các địa phương bằng các hợp đồng kinh tế trên cơ sở cấp nước theo diện tích tạo nguồn

- Hội đồng hệ thống Bao gồm các thành viên thuộc Bộ NN&PTNT, công

ty Bắc Hưng Hải và đại diện các tỉnh, các huyện trong khu vực Bắc Hưng Hải Hội đồng hệ thống có nhiệm vụ giải quyết các vấn đề chung của hệ thống; cụ thể:

+ Quyết định kế hoạch khai thác và giám sát hoạt động của các công ty KTCTTL trong hệ thống

+ Điều hoà lợi ích giữa các tổ chức, cá nhân được hưởng lợi từ hệ thống công trình thuỷ lợi

1.2.2 Về vận hành tưới tiêu của hệ thống

Nguồn nước chính lấy từ sông Hồng qua cống Xuân Quan 75m3/s

Lấy ngược qua cống Cầu Xe An Thổ và âu thuyền Cầu Cất Nguồn lấy ngược dễ bị nhiễm mặn do gần biển mức độ chủ động và an toàn không cao Lấy qua các cống dưới đê sông Luộc , sông Thái Bình như cống Võng Phan (HY), Cống Sao, cống (H.Dương), Cống TB Văn Thai của Bắc Ninh Hiện đang mở rộng các TB lấy nước trực tiếp từ sông ngoài như Môn Quảng, Phú Mỹ, Nghi Xuyên

Nước được đưa vào kênh trục sau đó sử dụng các cống điều tiết phân phối nước cho từng vùng, sử dụng các trạm bơm bơm tưới đến mặt ruộng, một phần nhỏ diện tích khoảng 3% thuộc vùng thủy triều giáp sông Luộc, Sông Thái Bình lợi dụng thủy triều tưới tự chảy

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XÓI LỞ CÔNG TRÌNH TRONG HỆ

THỐNG BẮC HƯNG HẢI

2.1 CƠ SỞ THỰC TIỄN TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRONG HỆ THỐNG

Các công chính và hiện trạng xói lở trong hệ thống Bắc Hưng Hải:

- 13 công trình điều tiết trên kênh chính, âu thuyền và cống đầu kênh cấp I

- Trên 300 trạm bơm lớn , nhỏ ( và khoảng 300 trạm bơm do dân tự làm)

- Trên 800 cống tưới tiêu cho phạm vi > 250ha

- Hàng ngàn km kênh các loại và hàng ngàn cống nhỏ

Tổng số có 235km kênh trục chính bao gồm:

− Kênh Kim Sơn từ Xuân Quan đến Cầu Cất dài 63,7km , địa phận tỉnh

Hưng Yên dài 26,7km , địa phận Hải Dương 37km

− Kênh Cửu An từ Sài Thị đến ngã ba Cự Lộc dài 50,8km; địa phận tỉnh

Hưng Yên dài 17,8km , địa phận Hải Dương 33km

− Kênh Điện Biên từ Lực Điền đến Bằng Ngang dài 15km thuộc tỉnh Hưng Yên

− Kênh Tây Kẻ Sặt Sặt từ cống Tranh đến ngã ba Tòng Hóa dài 20,4km;

ranh giới giữa tỉnh Hải Dương và Hưng Yên

− Kênh Đình Đào từ Bá Thuỷ đến ngã ba Cự Lộc dài 44,7km; thuộc địa phận tỉnh Hải Dương

− Kênh Đình Dù từ ngã ba Tăng Bảo đến TB Như Quỳnh dài 2,3km; thuộc tỉnh Hưng Yên

− Kênh Tràng Kỹ từ ngã ba Phúc Cầu đến cầu Guột dài 12,7km thuộc tỉnh Hải Dương

− Kênh Cái từ Cự Lộc đến Lộng khê dài 2,3km thuộc địa phận tỉnh Hải Dương

− Kênh Lộng Khê Cầu Xe từ ngã ba Lộng Khê đến sông Thái Bình dài 7,4km thuộc địa phận tỉnh Hải Dương

− Lộng Khê An Thổ từ ngã ba Lộng Khê đến sông Luộc dài 4,7km thuộc địa phận tỉnh Hải Dương

− Kênh Nam Kẻ Sặt từ ngã 3 Pháo Đài đến cống Vàng Hai dài 8,8km là ranh giới giữa 2 tỉnh Hải Dương và Hưng Yên

− Kênh Lạc Cầu từ Kênh Cầu đến cống Lạc Cầu dài 1,65km thuộc địa phận tỉnh Hưng Yên

− Kênh Đồng Than từ Kênh Cầu đến cống Đồng Than dài 0,85km thuộc địa phận tỉnh Hưng Yên

− Tổng chiều dài bờ kênh Bắc Hưng Hải: 471,4km; Hải Dương: 314,8km; Hưng yên :156,2km

2.1.3 Hiện trạng xói lở các cống chính trong hệ thống Bắc Hưng Hải

2.1.3.1 Cụm công trình đầu mối

Cống Xuân Quan hoàn thành tháng 5 năm 1959 Có 4 cửa bxh = 3,5 x

4m và một âu thuyền bxh = 5 x 8,5m Cao trình đáy cống Zđc = - 1,00m Là công trình lấy nước chính của hệ thống Bắc Hưng Hải Trước đây khi nguồn nước sông Hồng còn cao ở mức thiết kế, khi lấy nước đã gây xói nghiêm trọng hạ lưu công trình, công ty Bắc Hưng Hải đã xử lý xói 2 lần vào năm

1997 và 2000 hố xói sâu 0,7-1,0m dài 70m, ngay sau sân tiêu năng của cống Xuân Quan

Từ năm 2004 đến nay mực nước nước về mùa tưới trên sông Hồng giảm sút do vậy cống Xuân Quan thường mở thông mới đảm bảo yêu cầu lấy nước của hệ thống, việc điều tiết mực nước hạ lưu được thực hiện tại công trình phía dưới cách 3km là cống Báo Đáp và như vậy cống Xuân Quan không còn

bị xói

(2).Cống Báo Đáp

Cống gồm 4 cửa lấy nước; kích thước bxh = 5 x 4m và 1 cửa thông thuyền 9m, cao độ đấy cống -1,0m Cống Báo Đáp mới được xây dựng lại năm 2013 nhiệm vụ chủ yếu là dâng mực nước hạ lưu Xuân Quan về mùa lũ đảm bảo an toàn cho cống Xuân Quan (giảm độ chênh mực nước sông Hồng với Mn hạ lưu cống Xuân Quan) Tuy nhiên do điêu kiện nguồn nước và mức

độ an toàn công trình hiện nay công ty Bắc Hưng Hải thường sử dụng cống Báo Đáp để điều tiết nguồn nước lấy vào hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải Trong giai đoạn dâng nước thượng lưu cống Báo Đáp để lấy xa cho trạm bơm Văn Giang, mực nước thượng lưu cống thường nâng cao (+5,5-6,5m) chênh

từ 2-4m so với hạ lưu, đây là giai đoạn dễ gây ra xói lở hạ du công trình nếu không được tính toán phương án lấy nước an toàn

2.1.3.2.Cụm công trình tiêu

Cống Cầu Xe xây dựng năm (1966-1969) làm nhiệm vụ ngăn triều tiêu

úng cho hệ thống Bắc Hưng Hải với diện tích tiêu thiết kế 151.600 ha kết hợp giao thống thủy Cống dài 12,5 m, rộng 56 m gồm 6 cửa tiêu và một cửa âu thuyền chiều rộng mỗi cửa là 8m, âu thuyền có kích thước 8 x 5,8m Cống làm việc trong vùng thủy triều, cống đã bị xói hạ lưu nghiêm trọng chỗ sâu nhất đến -16m(tk =-4,0) thấp hơn đáy kênh thiết kế 12m, hố xói dài 100m, Đã

sử lý đợt I năm 1977 thả đá hộc và rọ đá, đợt II năm 1984 và 1987 thả tấm bê tông và rọ đá Xói sâu hạ lưu cống Cầu Xe có nguyên nhân chính là do địa chất và cống thoát tiêu với lưu lượng lớn đợt xả lũ năm 1971 sau khi xử lý xói

hố xói ổn định và không phát triển thêm

Cống làm việc 2 chiều và phía thượng lưu cống cũng đã bị xói nghiêm

trọng: Chiều dài hố xói 60 m, chiều rộng hố xói 45 m, chỗ sâu nhất: (-7,8/-4,0

TK ) Hố sói nằm sát sân đá thượng lưu, sói qua chân tường ngăn âu Năm

1984 đã được sử lý thả rọ đá và đá hộc

(2) Cống An Thổ

Cống xây dựng và hoàn thành năm 1977 Nhiệm vụ của cống: cùng với cống Câu Xe ngăn triều tiêu úng cho 151.600 ha của Băc Hưng hải, kết hợp giao thông thủy

Cống An Thổ là cống bê tông cốt thép và đá xây , cống dài 12 m, rộng 5 cửa có bxh = 8x6 m, và một âu thông thuyền có kích thước b = 8m

Cống An Thổ hoạt động như cống Cầu Xe xong do có vị trí tưới tiêu không thuận lợi như cống Cầu Xe, lưu lượng qua đây thường nhỏ không gây

ra xói lở thượng hạ lưu Mức độ hoạt động của cống theo thống kê lưu lượng tiêu qua An Thổ chiếm khoảng 27% còn lại tiêu qua Cầu Xe

Do nguồn nước chính lấy qua cống Xuân Quan những năm qua không

đủ cung cấp cho hệ thống Bắc Hưng Hải, do vậy công ty Bắc Hưng Hải đã sử dụng nguồn nước thủy triều lấy qua cống cầu Xe, An Thổ bổ sung nguồn,

nguồn bổ sung ngày một yêu cầu tăng do MN tại sông Hồng ngày một giảm sút; trong khi thiết kế và xây dựng cống Cầu Xe chỉ quan tâm gia cố chống xói lở hạ lưu cống, phần sân thượng lưu ngắn và dễ bị xói nở khi lấy nước ngược Cống Cầu Xe đã bị xói lở cả thượng và hạ lưu rất lớn không đảm bảo

an toà n hiện đã được đầu tư xây dựng công mới

(1).Cống Kênh Cầu

Xây dựng năm 1961, cống gồm 6 cửa kích thước b x h= 3,2 x 3,7 m và 1 cửa thông thuyền b x h =5 x8 m Cánh cống bằng thép kiểu van phẳng 2 tầng đóng mở bằng tời 6 tấn Đây là cống điều tiết chính phân phối nước cho khu vực cao của hệ thống Bắc Hưng Hải, cống này thường hoạt động theo lệnh khống chế mực nước thượng lưu hoặc hạ lưu Cống cũng đã bị xói nở nghiêm trọng hạ lưu hố xói sâu 1-1,5m dài 40m sau sân tiêu năng và đã gây sạt nở bên

bở tả hạ du Hố xói dẫ được xử lý bằng thả rọ đá năm 2004 và kè cừ lại bờ kênh

(2).Cống Bá Thuỷ

Xây dựng năm 1962 gồm 5 cửa mỗi cửa có kích thước b x h = 8 x5,15m, cao trình đáy cống -2,0, cánh cống bằng thép kiểu hình cung Là cống điều tiết chỉ khống chế thượng lưu, Cống đã xói lở hạ lưu sâu từ 0,5-0,7m so với thiết kế, hố xói rộng 50m dài 60m đã được xử lý thả đá rối chống xói năm

2005

(3).Cống Neo

Xây dựng năm 1962, gồm 5 cửa có kích thước bxh= 8x 4,5 m và 1 cửa

âu tách riêng kích thước b x h = 5 x 6m, cao trình đáy cống -2,0 , cánh cống bằng thép kiểu hình cung Là cống điều tiết chỉ khống chế thượng lưu , Cống

đã xuất hiện xói nhẹ hạ lưu 0,3-0,5m , rộng hố xói 30m dài hố xói 40m , sạt lở

bờ kênh phía bờ hữu dài 80m hiện cống chưa đước xử lý xói và kè bảo vệ mái

2.1.3.4 Cống phân vùng tưới, tiêu

(1).Cống âu thuyền Lực Điền:

Xây dựng năm 1971 ; qui mô 1 cửa b x h = 5m x 5m; âu thuyền Lực Điền hiện tại làm việc như một cống phân vùng tưới tiêu

Xây dựng năm 1960 qui mô 1 cửa chính bxh=3,0x4,5m và 2 cửa bên bxh= 2x 3,15m ;

(3).Cống Tranh mới:

Xây dựng năm 1964; qui mô 1 cửa bxh = 5,0 x 5,0m

Cống Lực Điền và cống Tranh làm nhiệm vụ phân vùng thường hoạt động ở chế độ mở thông hoặc đóng kín Tuy nhiên cũng cần quan tâm đến quá trình mở cống tránh gây xói hạ lưu Cống Tranh mới đã bị xói hạ lưu sâu 0,5-0,7m so với thiết kế, hố xói rộng 60x60m đã sử lý xói năm 2006, hạ lưu cống âu Lực Điền cũng bị xói nhẹ sâu 0,3-0,5m dài 30m, hiện chưa được xử

lý xói

Quá trình xói có thể được chia thành 3 giai đoạn:

Giai đoạn đầu: Hố xói được tạo nên rất nhanh các kích thước của hố xói

được tăng lên rất nhanh theo thời gian

Giai đoạn hai: Sự phá huỷ của lòng dẫn diễn ra tương đối chậm thời

gian của giai đoạn này là rất lớn

Giai đoạn ba: Sự mở rộng của xói đến một chiều dài nhất định ở hạ lưu

(giai đoạn hố xói ổn định) dẫn đến giảm cao trình đáy của lòng dẫn Giai đoạn này kéo dài bao lâu tuỳ thuộc vào độ dốc của lòng dẫn

2.3 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN XÓI LỞ

Qua rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học đưa đến kết luận xói cục

bộ của lòng dẫn ngay sau chân công trình thuỷ lợi do nhiều nguyên nhân khác nhau gây nên, nhưng chủ yếu là các nguyên nhân sau:

Hình thức, kích thước ở nhiều bộ phận kết cấu công trình (bộ phận tiêu năng, hình dạng kích thước cửa van, mố trụ, hình dạng, kích thước công trình nối tiếp, độ dốc lòng dẫn ) tạo ra những hiện tượng thuỷ lực có lợi cho sự xuất hiện của xói

- Công trình đặt ở nơi có chế độ thuỷ lực có lợi cho việc làm tăng ưu tốc mạch động và không tiêu hao hết năng lượng thừa ở của dòng nước hạ lưu

- Việc co hẹp lòng dẫn (do XD công trình TL) làm tăng đáng kể lưu lương đơn vị q và lưu tốc dòng chảy U so với q và U ở trong lòng dẫn tự nhiên Làm xuất hiện lưu tốc mạch động và áp lực mạch động rất lớn ở

hạ lưu công trình Làm tăng khả năng xói của dòng chảy lên nhiều lần

- Dòng chảy qua công trình vượt qua sức chịu theo thiết kế của nó

- Hàm lượng bùn cát trong dòng nước

2.3.3 Quản lý vận hành

Vận hành công trình không đúng theo quy trình Không kịp thời bảo dưỡng, tu sửa nhỏ công trình

Khả năng kháng xói của lòng dẫn yếu dẫn đến xói

Khi dòng nước chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu công trình phần lớn thế

năng biến đổi thành động năng làm cho dòng chảy ngay sau công trình có lưu tốc tăng đột ngột, thường lớn hơn nhiều so với lưu tốc dòng chảy ở trạng thái

tự nhiên

Nếu trong phạm vi công trình động năng thừa không được tiêu hao toàn

bộ thì ngay sau công trình, lòng dẫn có thể bị xói lở nghiêm trọng

Động năng thừa thể hiện dưới dạng mạch động lưu tốc và mạch động áp lực Thường trong một đoạn dài sau công trình tuy lưu tốc trung bình không lớn nhưng mạch động vẫn còn rất mạnh so với mạch động của dòng chảy bình thường của lòng dẫn ở hạ lưu gây nên xói lở

Xói sau công trình là do một trong các nguyên nhân sau hoặc do tất cả các nguyên nhân sau gây ra:

1) Trong quá trình vận hành có thể có nhiều lúc, nhiều thời điểm không vận hành theo đúng quy trình

2) Do động năng của dòng chảy không được tiêu hao hoàn toàn trong giới hạn công trình, mặc dù ngay sau công trình lưu tốc trung bình không lớn nhưng mạch động vẫn còn rất mạnh so với mạch động của dòng chảy bình thường của lòng dẫn ở hạ lưu gây nên xói lở

3) Dòng chảy qua công trình vượt qua sức chịu đựng của nó

4) Khả năng kháng xói của lòng dẫn yếu dẫn đến xói

Nguyên nhân chính gây xói đói với các cống chính trong hệ thống Bắc Hưng Hải là là do vận hành công trình chưa quan tâm đến khả năng gây xói

hạ lưu công trình, tại thời điểm vận hành công trình người công nhân vận hành không có thông tin về lưu lượng cần lấy (hệ thống Bắc Hưng Hải chỉ kiểm soát mực nước) để sử dụng tra cứu biểu đồ Q-a-z xác định độ mở hợp lý

và dẫn đến có những thời điểm công trình làm việc gây ra vận tốc vượt quá mức cho phép giới hạn không xói của kênh dẫn hạ lưu Tuy nhiên công trình

chỉ bị xói ngay sau cống điều này chứng tỏ do lưu tốc mạch động của dòng chảy rối ngay sau công trình

Để giải quyết vấn đề này, yêu cầu đặt ra là xác định được mối quan hệ giữa lưu lượng qua cống và lưu tốc mạch động sau hạ lưu công trình, trên cơ

sở đó ta sẽ tính toán thử dần với các độ mở khác nhau để tìm ra độ mở hợp lý không gây xói cho công trình với mỗi cặp mực nước thượng hạ lưu khác nhau

U

n

1 i

- K : Hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh, xác định theo bảng 13 ;

- Q : Lưu lượng của kênh

Bảng 2.1 Bảng tra hệ số K trong công thức kiểm tra xói

0,75

Đối với hệ thống Bắc Hưng Hải nằm trung tâm đồng bằng Bắc Bộ chủ yếu là đất phù xa bồi lấp, do vậy chọn hệ số K=0,62 để tính toán cho các công trình

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ MỞ CỐNG HỢP LÝ

NHẰM TRÁNH XÓI LỞ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH

Hình 1.a: Chảy không ngập

Tra ra được τc"

Tính được: hc = ε.a

độ sâu liên hợp với hc hc" = τc".H

Bảng 2.2 Bảng trị số co hẹp thẳng đứng ε và tính nối tiếp sau cửa cống

Sau cửa cống có nước nhảy phóng xa, hay nước nhảy ngay tại mặt cắt co hẹp, trường hợp này gọi là chảy không ngập dưới cửa cống

Q = µ εo o − ε (STKTTL tập I)

Với:

B

d B

o

∑

−

= ε

Trong đó:

- ∑d: Tổng chiều dày của mố

- B: Chiều rộng cống

* Nếu: hc" < hh thì chảy ngập (hình 1.b)

Mặt cắt co hẹp bị đè bởi khu chảy cuộn, độ sâu trên mặt cắt co hẹp = hz

Dòng chính ở khu chảy cuộn vẫn có độ dày = hc..(hình 2a)

Công thức tính Q:

) h H ( g ab

=

4

M H M h 2

=

h

c c

2

h

h 1 h 4 M

Khi độ ngập lớn, chênh lệch thượng hạ lưu nhỏ và độ mở cửa nhỏ (hình 2b) có thể coi hz = hh Q có thể tính theo công thức sau:

Hình 1.d

* Đối với cống cánh hình cung

Mọi hiện tượng giống như cánh phẳng, chỉ khác là do cửa vào lượn tròn

và nghiêng, dòng chảy ít bị co hẹp và ít tổn thất nên các trị số ϕ, µ, và ε có thay đổi Hình 1.d

Có thể lấy trị số µ theo góc β trong bảng sau:

µ 0,80 ÷ 0,85 0,85 ÷ 0,90 0,90 ÷ 0,95

H a

Khi cửa mở lên cao gần bằng chiều sâu thượng lưu, dòng chảy hoàn toàn tách rời khỏi mép dưới cửa cống (hình 2.a) Chế độ chảy là chảy qua đập tràn đỉnh rộng

Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn thì dòng chảy sẽ nối tiếp với hạ lưu bằng nước nhảy mặt ngoài dạng sóng, chế độ chảy qua cống vẫn là chảy không ngập (hình 2.b) Khi mực nước hạ lưu lớn hơn tới khi nước nhảy hình sóng lan đến đỉnh đập , phần sau của nước nhảy là khu chảy êm có sóng, nhưng phần trước vẫn là chảy xiết, mặt cắt co hẹp c-c chưa bị ngập, chế độ chảy là chảy không ngập (hình 2.c)

Khi chênh lệch thượng hạ lưu nhỏ hơn thì nước nhảy lùi dần về phía

Hình 2.a

trước cho đến lúc làm ngập mặt cắt co hẹp c-c, chế độ chảy là chảy ngập Trạng thái quá độ giữa chảy ngập và chảy không ngập là lúc có nước nhảy sóng ở ngay mặt cắt co hẹp C-C, độ sâu trên đỉnh đập lúc đó h = h"c độ sâu liên hợp với hc trong nước nhảy sóng Đô ngập hạ lưu hn lúc đó đạt đến trị số

n

H

h H

Nhiều tác giả đưa ra các chỉ tiêu ngập cụ thể khác nhau, nhưng đều thống nhất cho các trị số phân giới vào khoảng: 0 , 75 0 , 85

H h

pg o

n

H

h H

Trong đó: - ϕn: Tra trong bảng 3.83 STKTTL Các cống chính trong

hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải thì tra ϕntrong bảng 3)

-

g

v v v

Dòng chảy trong cống ngầm có thể có 3 hình thức sau đây:

- Khi cửa vào phía thượng lưu không bị ngập thì chế độ chảy trong cống là

chảy không áp

- Khi dòng chảy đầy mặt cắt cống thì chế độ chảy là chảy có áp

- Khi cửa vào bị ngập nhưng dòng chảy sau cửa cống vẫn còn thấp hơn đỉnh cống, có mặt thoáng thì chế độ chảy là chảy nửa áp

Cống càng dài, đoạn đường nước dâng co càng dài, độ sâu ở cuối hr càng

Hình 2.a Hình 2.b

lớn, và đến trị sô phân giới thì hr = hk, (hình 2.b) Chiều dài toàn cống lúc này:

Khi nước nhảy trong cống L > Lk, nhưng nếu cống chưa đủ dài thì nước nhảy chưa đến mặt cắt co hẹp

Trị số phân giới thứ 2 xảy ra khi nước nhảy xảy ra ở ngay mặt cắt co hẹp, độ sâu nước nhảy = h"c, liên hợp với độ sâu co hẹp hc, sau nước nhảy là đường nước đổ kiểu bo hình 2.d

Chiều dài phân giới Lcn lúc này L cn = l v + l cn + l r

Trong đó:

- lv, lr: Như công thức trên

- lcn:Chiều dài đường nước đổ bo độ sâu ở trên đầu = h”c, độ sâu ở cuối =

hk

Hình 2.e

Khi chiều dài cống lớn hơn Lcn thì mặt cắt co hẹp bị ngập và lưu lượng Q

Hình 2.c

bị giảm nhỏ, độ sâu trên mặt cắt co hẹp là hcn vượt quá tiêu chuẩn ngập của đập tràn đỉnh rộng bị ngập hình 2.e Chiều dài cống càng lớn thì độ sâu hcn

càng lớn và lưu lượng càng giảm nhỏ

Ta cho thể nói rằng:

- Khi L < Lkchế độ thuỷ lực cống là cống ngắn chảy không áp

- Khi L > Lcnchế độ thuỷ lực cống là cống dài chảy không áp

- Khi Lk < L < Lcnthì có nước nhảy trong cống Nếu độ sâu hạ lưu ở cuối cống hn > hk thì chỉ tiêu ngập, trạng thái chảy và Q có thể chịu ảnh hưởng của chiều dài và độ nhám thân cống và chỉ có thể xác định bằng cách tính dòng không đều Nếu :

hcn > (0,70 ÷ 0,80)Ho

Hoặc hcn = (1,25 ÷ 1,35)hk

Thì cống là chảy ngập - cống dài chảy không áp Ngược lại, cống chảy không ngập, được tính như cống ngắn

Chế độ chảy là chảy không áp nếu thoả mãn 1 trong 2 điều kiện sau:

Tính toán thuỷ lực cống như một đập tràn đỉnh rộng (Như phần I, mục B) + Chảy ngập khi:

85 , 0 75 , 0 H

h H

h

pg o n o

* Công thức tính chảy không ngập: Như mục B

Trường hợp H > [1,14 ÷ 1,18]a tính toán t huỷ lực như trường hợp chảy dưới cửa cống

Tính toán thuỷ lực cống dài chảy không áp

* Công thức tính cống dài: Q = εoϕnωh g ( Ho − hcn) ϕn lấy như trường hợp chảy ngập dưới cửa cống

Hình 2.f

Độ sâu hcn tại mặt cắt co hẹp (c-c) được tính bằng phương pháp dòng không đều trong máng khi biết độ sâu ở cuối máng = hr

Lấy hr = hk khi hn < hk

Lấy hr = hn - Z" khi hn > hk.

Với Z": Độ cao hồi phục

* Phương pháp tính đường mặt nước như sau: (sử dụng PP cộng trực tiếp)

Xác định dạng đường mặt nước vẽ gần đúng, (thường là đường nước đổ b2) sau đó xuất phát từ độ sâu đã biết ở một đầu mà tính chính xác độ sâu ở nhiều vị trí trên đường mặt nước

Muốn vẽ đường mặt nước nên đặt bài toán: Tự cho hai độ sâu ở hai đầu

h1 và h2mà tính ra chiều dài tương ứng bằng công thức sau:

Công thức:

J i

2

α +

∋= ; Trong đó: ∆ ∋=∋ 1 − ∋ 2

2

J J

J 1 + 2

R C

C có thể tính theo công thức Pavơlốpski: y

R n

1

C =Với R: bán kính thuỷ lực

Các trị số được lập thành bảng như sau: