Nghiên cứu xác định sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công trình cột nước thấp vùng triều đồng bằng sông cửu long

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM ------NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU ĐỒNG BẰN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

- -NGUYỄN THANH HẢI

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ

HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU

ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2012

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

- -NGUYỄN THANH HẢI

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ

HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU

ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

GV HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TĂNG ĐỨC THẮNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2012

Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cố GS.TS Trần Như Hối; PGS.TS Tăng Đức Thắng đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và tạo nhiều điều kiện để tác giả hoàn thành luận án này

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã nhận được sự động viên,

cổ vũ và giúp đỡ quý báu từ các nhà khoa học, các bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin ghi nhớ tất cả những đóng góp to lớn đó

Cuối cùng không thể thiếu được, tác giả xin cảm ơn người thân trong gia đình bởi sự cổ vũ, động viên, khuyến khích đã tạo thêm nghị lực, quyết tâm cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án, nhất là những lúc khó khăn mà chỉ với ý chí đơn thuần thì khó có thể vượt qua

Nghiên cứu xác định sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công trình cột nước thấp vùng ảnh hưởng thủy triều ĐBSCL là vấn đề rất phức tạp, nên luận án không thể tránh khỏi những khiếm khuyết Tác giả rất mong nhận được được

sự chỉ bảo, đóng góp chân tình của các Thầy, các nhà khoa học và bạn bè, đồng nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, năm 2012

TÁC GIẢ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa

được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN, XÁC ĐỊNH TÍNH CẤP THIẾT VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Trang

1.1 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 1

1.1.1 Đặc điểm địa hình - - - 2

1.1.2 Đặc điểm địa chất - - - 3

1.1.3 Đặc điểm thủy triều - - - 6

1.1.4 Đặc điểm thủy văn hệ thống - - - 8

1.1.5 Nhận xét đánh giá phần đặc điểm tự nhiên - - - 11

1.2 Tổng quan xây dựng và phát triển cống ở ĐBSCL 12 1.2.1 Quá trình phát triển công trình thủy lợi vùng ĐBSCL 12 1.2.1.1 Quá trình XD cống truyền thống cải tiến ở ĐBSCL 14

1.2.1.2 Quá trình xây dựng cống đập phân ranh mặn ngọt 15 1.2.2 Các hình thức cống hở vùng ĐBSCL - - - 16

1.2.2.1 Cống truyền thống cải tiến ở ĐBSCL - - - 16

1.2.2.2 Cống đập dàn cọc - - - 17

1.2.2.3 Cống đập trụ đỡ - - - - 17

1.2.2.4 Cống đập xa lan (dạng phao di động) - - - 18

1.2.2.5 Cống đập cừ dự ứng lực - - - 19

1.2.3 Nhận xét mục 1.2 - - - 20

1.3 Các Kết quả nghiên cứu liên quan đến luận án 20 1.3.1 Nghiên cứu về nối tiếp hạ lưu công trình - - - 20

1.3.2 Nghiên cứu tiêu năng phòng xói hạ lưu công trình - - - - 23

1.3.3 Một số nghiên cứu khác liên quan - - - 27

1.3.4 Kết luận mục 1.3 - - - 29

1.4 Những vấn đề đặt ra - - - 30

1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu luận án- - - 33

1.6 Phương pháp nghiên cứu - - - 35

1.7 Nội dung nghiên cứu - - - 35

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG THÍ NGHIỆM MHTL CỐNG VÙNG TRIỀU ĐBSCL Trang 2.1 Mô hình thủy lực cống vùng triều ĐBSCL 36 2.1.1 Mục đích nghiên cứu thí nghiệm MHTL - - - 36

2.1.2 Lý thuyết tương tự đối với MHTL cống vùng triều - - - 36

2.1.3 Thiết kế mô hình thủy lực - - - 40

2.1.3.1 Thiết kế mô hình - - - 40

2.1.3.2 Kiểm tra kỹ thuật và điều kiện giới hạn - - - 41

2.1.4 Nội dung thí nghiệm MHTL cống - - - 42

2.1.5 Thiết bị thí nghiệm - - - 44

2.1.6 Yếu tố đất nền - vận tốc cho phép xói - - - 46

2.1.7 Lựa chọn biên mực nước trong mô hình - - - 47

2.2 Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố không ổn định đến khả năng

tháo nước qua công trình trong thí nghiệm MHTL

49

2.2.1 Sơ đồ tác động của yếu tố không ổn định đến lưu lượng 50

2.2.3 Đánh giá định lượng ảnh hưởng yếu tố không ổn định đến

khả năng tháo nước qua công trình trong TN MHTL

54

2.3 Kết quả thí nghiệm MHTL cống vùng triều ĐBSCL 56

2.4 Phân tích đánh giá tính hợp lý của kết cấu hạ lưu cống 56

2.4.1.1 Đánh giá thực tế một số cống bị xói lở bất lợi 57 2.4.1.2 Xác định tồn tại bất lợi của dòng chảy nối tiếp hạ lưu 61

2.4.1.3 Nguyên nhân cơ bản dẫn đến xói lở hạ lưu cống 64 2.4.2 Phân tích đánh giá tính hợp lý của hình thức kết cấu hạ

lưu (kết cấu hạ lưu) cống vùng triều ĐBSCL

66

2.4.2.1 Quan điểm về tính hợp lý của kết cấu hạ lưu cống 66 2.4.2.2 Yêu cầu chung về chế độ thủy lực hạ lưu cống 66

2.4.2.3 Tính hợp lý của kết cấu hạ lưu cống - - - 67

a) Về hình thức kết cấu tăng độ mở cửa van - - - 67

b) Về hình thức kết cấu bể tiêu năng - - - 70

c) Về hình thức kết cấu sân sau, hố phòng xói - - - 72

2.4.2.4 Kiểm định thực tế cống có ứng dụng kết quả TNTL 77 2.5 Kết luận chương 2 - - - 80

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU ĐBSCL Trang 3.1 Xác định nguyên lý cấu tạo cho chi tiết trong kết cấu hợp lý hạ lưu cống vùng triều ĐBSCL 82 3.1.1 Nguyên lý xác định cấu tạo ngưỡng cống - - - 83

3.1.2 Nguyên lý xác định cấu tạo bể tiêu năng - - - 84

3.1.3 Nguyên lý bố trí tường trong kết cấu tiêu năng phòng xói 85 3.1.4 Cấu tạo chung của kết cấu phòng xói hạ lưu - - - - 86

3.2 Phân loại sơ đồ kết cấu hạ lưu công trình 88 3.2.1 Cơ sở phân loại - - - 88

3.2.2 Phân loại sơ đồ kết cấu hạ lưu công trình - - - 90

3.3 Xác định phương trình tổng quát 90

3.4 Xác định mực nước tính toán kết cấu hạ lưu 94 3.4.1 So sánh giá trị vận tốc đáy tại mặt cắt hố phòng xói tương

ứng với tổ hợp mực nước khác nhau

95

3.4.2 So sánh hình thái nối tiếp hạ lưu tương ứng với tổ hợp 99

mực nước khác nhau

3.5 Xác định mối quan hệ giữa hình thức kết cấu hợp lý hạ lưu

với đặc trưng thủy lực, đất nền

101

3.5.1 Phương trình tổng quát rút gọn - - - 101

3.5.2 Cơ sở dữ liệu và phương pháp xác định PT thực nghiệm 102 3.5.3 Phương trình thực nghiệm lựa chọn - - - 104

3.6 Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công trình cột nước thấp vùng triều ĐBSCL 104 3.7 Ứng dụng kết quả nghiên cứu, tính toán xác định kết cấu hợp lý (KCHL) hạ lưu cống ĐBSCL 107 3.7.1 Ứng dụng, tính toán KCHL hạ lưu cống 286 (01 khoang cửa) tỉnh Kiên Giang 107 3.7.2 Ứng dụng, tính toán KCHL hạ lưu cống Vàm Tháp (02 khoang cửa) tỉnh Tiền Giang 109 3.7.3 Ứng dụng, tính toán KCHL hạ lưu cho thiết kế sửa chữa cống Bến Chùa (03 khoang cửa) tỉnh Trà Vinh 111 3.8 Ý nghĩa ứng dụng sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cho công trình cột nước thấp ĐBSCL 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận - - - 115

1.1 Những kết quả mới của luận án - - - 115

1.2 Hướng nghiên cứu tiếp - - - 115

2 Kiến nghị - - - 116

CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 117

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

3.3 Xây dựng phương trình tổng quát

3.5.2 Số liệu nhập, xác định các PT thực nghiệm (16 PT/sơ đồ)

3.5.3 Phân tích lựa chọn PT thực nghiệm cho từng sơ đồ

CÁC TÀI LIỆU BUỔI HỌP ĐÁNH GIÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CẤP VIỆN

CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Xây dựng, phát triển các DA thuỷ lợi ven biển ĐBSCL 13

Bảng 1.2: Quá trình xây dựng cống đập cừ bản dự ứng lực 16

Bảng 2.1: Thông số đặc trưng kiểm tra TK MHTL cống 41

Bảng 2.2: Vận tốc cho phép xói đất nền 47

Bảng 2.3: Đánh giá tổng quan thực tế các cống nghiên cứu 77

Bảng 2.4: So sánh kết quả đo thực tế với số liệu thí nghệm 79

Bảng 3.1: So sánh vận tốc gần đáy MC hố xói cống 01 cửa 95

Bảng 3.2: So sánh vận tốc gần đáy cống 02 cửa 96

Bảng 3.3: So sánh vận tốc gần đáy cống  03 cửa 97

Bảng 3.4: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 01 cửa 109

Bảng 3.5: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 02 cửa 110

Bảng 3.6: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 03 cửa 113

CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ địa hình ĐBSCL 2

Hình 1.2: Bản đồ phân vùng đất yếu ở ĐBSCL 4

Hình 1.3: Biên độ mực nước triều cường 11

Hình 1.4: Cống Ba Lai tỉnh Bến Tre 17

Hình 1.5: Cống đập trụ đỡ 18

Hình 1.6: Cống dạng phao di động (cống Phước Long tỉnh Bạc Liêu) 19

Hình 1.7: Cống cừ dự ứng lực (C Ninh Quới tỉnh Bạc Liêu) 19

Hình 1.8: Nối tiếp chảy đáy sau bậc 21

Hình 1.9: Nối tiếp chảy mặt sau bậc 22

Hình 1.10: Sơ họa hướng nghiên cứu luận án 34

Hình 2.1: Mặt bằng bố trí thiết kế mô hình thủy lực cống 40

Hình 2.2: Ví dụ diễn biến mực nước thượng hạ lưu cống 47

Hình 2.3: Quan hệ Z  V 53

Hình 2.4: Sơ họa tổng quát kết cấu cống truyền thống 57

Hình 2.5: Xói lở cống Mồng Gà tỉnh Long An, năm 2003 58

Hình 2.6: Xói lở cống Vàm Đồn tỉnh Bến Tre, năm 1998 58

Hình 2.7: Mặt bằng hiện trạng xói lở cống Vàm Đồn, năm 1989 59

Hình 2.8: Mặt bằng hiện trạng xói lở cống Vàm Đồn, năm 1992 60

Hình 2.9: Đặc trưng nối tiếp hạ lưu cống 01 khoang cửa (HT) 62

Hình 2.10: Đặc trưng nối tiếp hạ lưu cống  02 khoang cửa (HT) 62

Hình 2.11: Hiện trạng độ mở cửa cống Thanh Trị 63

Hình 2.12: Hiện trạng cấu tạo nối tiếp hạ lưu cống 01 khoang cửa 63

Hình 2.13: Kết cấu ngưỡng cống chưa hợp lý 67

Hình 2.14: Sửa đổi kết cấu ngưỡng cống hợp lý 68

Hình 2.15: Ứng dụng kết quả NC tường van + lưỡi gà trong thực tế 69

Hình 2.16: Cấu trúc chảy mặt sau bậc 71

Hình 2.17: Góc mở hình học từ bể ra HPX – PA Bể + HPX 73

Hình 2.18: Góc mở hình học từ bể ra HPX – PA Bể + sân sau + HPX 74

Hình 2.19: Đặc trưng nối tiếp hạ lưu cống 01 khoang cửa (NC) 75

Hình 2.20: Đặc trưng nối tiếp hạ lưu cống  02 khoang cửa (NC) 75

Hình 2.21: Cửa van mở 900 kiểm định thực tế kết quả nghiên cứu 79

Hình 2.22: Thực tế hố phòng xói cống nghiên cứu 80

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát hình thức kết cấu hạ lưu cống 82

Hình 3.2: So sánh hình thái nối tiếp HL cống 01 cửa 100

Hình 3.3: So sánh hình thái nối tiếp HL cống  02 cửa 100

Hình 3.4: Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cống 01 cửa 105

Hình 3.5: Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cống 02 cửa 106

Hình 3.6: Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cống  03 cửa 106

CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

TÊN TỔ CHỨC, ĐỊA DANH

VKHTLVN Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam

VKHTLMN Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam

KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ KHOA HỌC

VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ / Ý NGHĨA

ds = đáy ngƣỡng cống - đáy sân sau (m)

VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ / Ý NGHĨA

cao trình mặt nước xét (m)

Vtbmc Vận tốc đáy trung bình mặt cắt ướt HPX tương ứng với tổ hợp

mực nước xem xét (m/s)

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng có tiềm năng to lớn về nông nghiệp, có vị trí trọng yếu đối với sự phát triển kinh tế xã hội của cả nước Diện tích tự nhiên gần 4 triệu ha trong đó có 2,7 triệu ha đất nông nghiệp, lâm nghiệp và mặt nước nuôi trồng thủy sản, đóng góp hơn 50% sản lượng lương thực, 65% sản lượng thủy sản và phần lớn lương thực xuất khẩu của cả nước, góp phần quyết định thực hiện chiến lược an ninh lương thực quốc gia Tuy nhiên, hàng năm một vùng rộng lớn gần 2 triệu ha chiếm khoảng 50% diện tích ở phía Bắc ĐBSCL bị ngập lụt do lũ sông Mê Công

phèn ở vùng trũng; 2,1 triệu ha vùng sâu, vùng xa thiếu nước ngọt Cơ sở hạ tầng còn yếu kém

Công tác thủy lợi vùng ĐBSCL phải nhằm sử dụng và khai thác triệt để

và hợp lý nhất nguồn nước sông Mê Công là tài nguyên thiên nhiên to lớn và rất quý giá, đồng thời phải có biện pháp hạn chế tối đa tác hại do lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn gây ra Trong những năm vừa qua đã từng bước hình thành hệ thống thủy lợi hoàn chỉnh bao gồm các công trình tưới, tiêu, thau chua, xổ phèn, ngăn mặn và kiểm soát lũ đồng bộ từ công trình đầu mối, kênh trục các cấp đến hệ thống nội đồng Một trong những công trình chính trong

hệ thống thủy lợi đồng bằng sông Cửu Long là cống nguồn điều tiết dòng chảy có sự ảnh hưởng của thủy triều (cống truyền thống cải tiến)

Cống vùng triều ĐBSCL có đặc thù khác với cống vùng khác là (1) ảnh hưởng thủy triều nên diễn biến chế độ thủy lực dòng chảy qua cống rất phức tạp, (2) cống đặt trên nền đất yếu có tính chất cơ lý rất xấu, chủ yếu là đất sét

mềm yếu kém chặt (đôi khi có xen kẹp lăng trụ cát hạt mịn) nên khả năng chống xói của đất với dòng chảy rất thấp; (3) đa số cống vùng triều có chiều

thấp – công trình cột nước thấp Công tác nghiên cứu xác định kết cấu tiêu năng hợp lý và ngày càng nâng cao dần tính bền vững chống xói lở của các công trình này là cần thiết Đáp ứng yêu cầu ấy, bên cạnh nghiên cứu lý thuyết, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (trong đó tác giả tham gia chính), Viện khoa học thủy lợi, Trường đại học Thủy lợi và công ty Tư vấn thiết kế xây dựng thủy lợi 2 (HEC 2) đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm giải pháp kết cấu tiêu năng phòng xói phù hợp cho từng công trình

Việc nghiên cứu tiêu năng phòng xói hạ lưu cống vùng ĐBSCL đòi hỏi phải phân tích các kết quả khảo sát thực tế, các kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực các công trình để khái quát những đặc điểm, điều kiện ứng dụng và xác định những qui luật chung Trên cơ sở đó xác định sơ đồ kết cấu hợp lý

hạ lưu công trình Liên quan đến vấn đề này, thời gian qua các nhà khoa học

đã đạt được một số kết quả cho khu vực ngưỡng cống + bể tiêu năng và khu vực hố xói hạ lưu Sân sau là đoạn gia cố nằm giữa bể tiêu năng với hố phòng xói hạ lưu đã được đề cập trong một số kết quả đã có, nhưng mới ở mức khái niệm và sơ bộ, nên rất cần phải tiếp tục nghiên cứu và xác định mối quan hệ giữa yếu tố công trình (trong đó có sân sau), yếu tố dòng chảy và yếu tố đất nền, từ đó sử dụng phương trình này để tính toán xác định các thông số cần tìm liên quan đến kết cấu Đồng thời kết quả nghiên cứu mang tính thống nhất, gắn kết giữa kết quả nghiên cứu liên quan đã có với nhau và cùng với kết quả đạt được của luận án, tạo nên sơ đồ kết cấu hợp lý công trình cột nước thấp vùng triều ĐBSCL (Hình 1.10), kết quả đạt được cũng đã góp phần làm phong phú tính đa dạng các loại hình cống, mang tính hiệu quả ngày càng cao, bền vững và phù hợp hơn với yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội

Qua những vấn đề trên, đối với cống truyền thống cải tiến (cống nguồn ĐBSCL) cũng còn tồn tại một số vấn đề còn chưa được giải quyết:

- Chưa tổng quát hóa được sơ đồ kết cấu tiêu năng phòng xói hợp lý

- Chưa có hướng dẫn tính thông số tiêu năng phòng xói

Đề tài trong luận án này giải quyết một số điểm trong tồn tại nêu trên, nhằm giúp cho công tác nghiên cứu cống trong thực tế được dễ dàng, thuận lợi hơn

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU + Mục đích của đề tài nghiên cứu:

Mục đích của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Xác định được sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cống vùng triều ĐBSCL

- Góp phần nâng cao cơ sở khoa học, tính thực tiễn trong công tác nghiên cứu và tư vấn thiết kế cống vùng triều ĐBSCL

+ Đối tượng nghiên cứu:

Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công trình cột nước thấp vùng ảnh hưởng thủy triều ĐBSCL

cống  03 khoang cửa) Nội dung đề tài nghiên cứu của luận án là mới không trùng lặp với các luận án cùng hướng đã bảo vệ và các công trình của các tác giả khác đã đăng tải, số liệu thực nghiệm trung thực và có giá trị

+ Ý nghĩa thực tiễn:

Luận án có ý nghĩa thực tiễn cho vùng ảnh hưởng triều nói chung và ĐBSCL nói riêng đảm bảo cho công trình làm việc ổn định, tăng khả năng chuyển nước, giảm thiểu kinh phí duy tu sửa chữa

Có khả năng ứng dụng cho công tác tư vấn thiết kế và thí nghiệm mô hình thủy lực (tính toán nhanh, độ tin cậy cao, giảm nhiều công sức và kinh phí tính toán, thí nghiệm mô hình thủy lực)

4 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Luận án được trình bày trong 116 trang, bao gồm 38 hình vẽ, 12 bảng biểu và các trang thuyết minh Nội dung chính của luận án gồm có 3 chương

chính và phần kết luận Chương 1: Tổng quan, xác định tính cấp thiết và nội dung nghiên cứu của đề tài luận án (35 trang); Chương 2: Cơ sở khoa học và

phân tích đánh giá kết quả đạt được trong thí nghiệm MHTL cống vùng triều

ĐBSCL (46 trang); Chương 3: Xác định sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công

trình cột nước thấp vùng ĐBSCL (33 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN, XÁC ĐỊNH TÍNH CẤP THIẾT VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có diện tích tự nhiên khoảng 3,94 triệu ha, dân số khoảng 10 triệu người, là phần cuối của đồng bằng sông Mê Công tiếp giáp với biển Đông về phía Đông và tiếp giáp với biển Tây về phía Tây Nam Đất đai mầu mỡ và khá bằng phẳng, là vùng có nhiều tiềm năng kinh tế, sinh thái đa dạng

khô nóng, độ ẩm không khí xuống thấp, nhiệt độ cao, nắng nhiều và nhiệt lượng bức xạ dồi dào, lượng mưa trong mùa khô rất ít hoặc không mưa kéo dài, đồng thời với sự cạn kiệt trên hệ thống sông kênh, gió mùa Đông-Bắc tỏ

ra chiếm ưu thế trên toàn lưu vực (mùa gió chướng), nên mặn xâm nhập sâu

trên 85% tổng lượng mưa năm, đây là thời kỳ khí hậu khá mát mẻ, nhiệt độ giảm, ẩm độ cao, vào khoảng tháng VIII, X, lũ lên cao ở hạ lưu

Bên cạnh những thuận lợi vốn có về các điều kiện tự nhiên như các yếu

tố khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, độ chiếu sáng, ) tương đối ôn hòa Trong mùa mưa nguồn nước sông Mê Công phong phú với chất lượng tốt, cung cấp phù

sa, vệ sinh đồng ruộng và nguồn thủy sản tự nhiên rất lớn, nhưng cũng tồn tại những khó khăn là ảnh hưởng của lũ lụt với độ ngập sâu và thời gian ngập kéo dài Mùa khô, nguồn nước sông Mê Công giảm thấp, mặn xâm nhập sâu trong nội địa, nên một số vùng thiếu nguồn nước ngọt, đặc biệt vùng ven

biển Yếu tố bất lợi trên đã hạn chế rất nhiều đến phát triển dân sinh kinh tế Các dự án phát triển thủy lợi đang được Nhà nước, các địa phương quan tâm đầu tư để hạn chế tác động xấu của thiên nhiên, tạo điều kiện thuận lợi phát triển kinh tế xã hội vùng ĐBSCL ngày càng cao, bền vững

1.1.1 Đặc điểm địa hình

Do sự không đồng nhất trong bồi tụ phù sa và tác động của thuỷ triều

mà xen giữa các vùng bằng phẳng là các giồng đất cao trong vùng ngập lũ hay các giồng cát hình vòng cung trong vùng ngập triều

(Nguồn: Phân Viện KSQHTL Nam bộ, 2002), [33]

Hình 1.1: Bản đồ địa hình ĐBSCL

Địa hình vùng nghiên cứu (Hình 1.1) được chia làm ba xu thế chính: xu thế thấp dần từ thượng lưu xuống hạ lưu; xu thế thấp dần từ bờ sông vào vùng trũng nội đồng; và xu thế thấp dần từ bờ biển vào các vùng trũng thấp ven biển ĐBSCL là vùng bồi tích bằng phẳng và hơi thấp, trừ một số vùng núi

An Giang và Kiên Giang có độ cao trên 100 m, phần còn lại dưới 5m được phân ra như sau:

- Địa hình cao trên 2,5m chiếm diện tích rất hẹp ở ven biên giới Việt Nam - Cam Pu Chia

Hậu

chủ yếu nằm phía Đông Bắc vùng Đồng Tháp Mười, phía Bắc bán đảo

Cà Mau, Vùng Tứ Giác Long Xuyên, vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu

- Địa hình có cao độ dưới 0,5m tập trung chiếm diện tích khá lớn vùng Tây Nam đồng bằng, đặc biệt là vùng trung tâm bán đảo Cà Mau

Nhìn chung xu thế địa hình ở ĐBSCL thấp dần theo 2 hướng:

1.1.2 Đặc điểm địa chất

ĐBSCL là khu vực địa chất trẻ Trầm tích đệ tứ ĐBSCL được chia thành hai kỷ Pleistocene và Holocene Trầm tích Holocene ở ĐBSCL chia thành 3 tầng chủ yếu:

+ Bậc Holocene dưới và giữa QIV 1- 2: Gồm cát mầu vàng, xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết von sắt, phủ trên tầng sét loang lổ Pleistocene hoặc các đá gốc khác, chiều dày có thể đạt tới 12 m

+ Bậc Holocene giữa QIV 2: Gồm bùn sét màu xám, sét màu xanh và xám

(Nguồn: Viện KHTL Miền Nam, 2002), [16]

Hình 1.2: Bản đồ phân vùng đất yếu ở ĐBSCL + Bậc Holocene trên QIV 3: Gồm 4 tầng trầm tích khác nhau về diện phân

bố, điều kiện kiến tạo, tuổi và thành phần vật chất:

- Tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật (mQIV 3): Gồm cát hạt mịn, bùn sét hữu cơ

- Tầng trầm tích sinh vật và đáy đầm lầy ven biển (bmQIV 3): Gồm bùn sét hữu cơ và than bùn

- Tầng trầm tích hỗn hợp và sinh vật (albQIV 3): Gồm bùn sét hữu cơ

- Tầng trầm tích (aQIV 3 - 3): Gồm sét, cát pha sét chảy hoặc bùn sét

20m, trung bình khoảng 15m

Đại bộ phận các lớp đất cấu tạo mặt cắt trầm tích Holocene thuộc loại đất yếu Trong khoảng 20m kể từ mặt đất hầu như chỉ gặp đất sét hữu cơ, đôi khi có bùn sét pha cát hoặc cát hạt mịn Hầu hết các lớp đất có độ ẩm tự nhiên vượt quá giới hạn chảy; hệ số rỗng, độ bão hòa, độ sệt đều khá cao, trong khi dung trọng khô, sức kháng cắt, kháng xuyên đều thấp Địa chất vùng ĐBSCL có thể chia thành 3 khu vực (Hình 1.2):

Hồ Chí Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, rìa phía Tây Đồng Tháp Mười, ven biển Hà Tiên - Rạch Giá

vực (1), nằm chủ yếu trung tâm đồng bằng và Đồng Tháp Mười

Long, các tỉnh ven biển từ Tiền Giang đến Sóc Trăng và Cà Mau Tầng đất mà đáy công trình đặt lên có cao độ -15 m trở lên, hầu như thuộc loại đất sét hữu cơ rất nềm yếu, một số ít công trình ven biển có gặp đất pha cát hạt mịn Đất hữu cơ thường gặp có dung trọng khô thấp, cường độ

-100nên khả năng kháng xói của đất đáy lòng dẫn tương đối thấp:

+ Khu Vực (3) khả năng kháng xói của đất < 0,6 m/s

1.1.3 Đặc điểm thủy triều

a) Thủy triều Biển Đông

thủy triều hình thành một thời kỳ nước cao (đỉnh và mực nước trung bình cao) vào khoảng từ tháng XII đến tháng II năm sau, thời kỳ nước thấp (chân và

Thuỷ triều biển Đông dạng bán nhật triều không đều, mỗi ngày có 2 đỉnh

và 2 chân, với 2 đỉnh xấp xỉ nhau, còn 2 chân lệch nhau khá lớn Thời gian

24,83 giờ Độ cao của mỗi đỉnh và chân biến đổi từ ngày này sang ngày khác trong một chu kỳ triều (15 ngày) Đường bao hai đỉnh có sự dao động tuần hoàn, biên độ dao động khoảng 0,50m, lên cao sau ngày sóc vọng (trăng tròn

và không trăng), xuống thấp sau các ngày trăng thượng huyền và hạ huyền Trong mỗi chu kỳ triều nửa tháng biên độ hai chân triều có thể lên đến 2,0 m Đường bao hai chân lệch pha nhau một nửa chu kỳ, khi chân này xuống thấp dần thì chân kia lên cao hơn và ngược lại làm cho dạng triều trong mỗi tháng

có 2 lần biến đổi từ dạng chữ W sang dạng M, trong khi mực nước trung bình ngày lại thay đổi ít hơn

b) Thủy triều biển Tây

Thủy triều biển Tây có dạng nhật triều không đều, hàng ngày có một đỉnh cao và nhọn, phần chân triều thì bị kéo dài và đẩy lên bởi một đỉnh thấp

có chu kỳ nửa tháng và cả năm của triều biển Tây cũng yếu hơn triều biển Đông

Triều biển Tây có biên độ thấp và chỉ lan truyền vào các kênh nhỏ, đáng

kể nhất là sông Cái Lớn, Cái Bé và một số kênh trục khác chảy ra vịnh Rạch Giá Nói chung phạm vi ảnh hưởng của thủy triều biển Tây chỉ xảy ra ở rìa phía Tây thuộc tỉnh Kiên Giang và Cà Mau Ven biển Tây, đỉnh triều dao

c) Tác động của thủy triều đến hệ thống sông Tiền và sông Hậu:

Nhờ có biên độ cao tạo ra năng lượng lớn, lòng sông sâu và độ dốc thấp, thủy triều từ biển truyền vào rất sâu trên sông Triều truyền vào sông 2 dạng: dạng sóng và dạng dòng Dòng triều truyền vào sông bằng dòng chảy ngược với vận tốc có thể đạt 1,5 m/s, từ cửa sông đến điểm xa nhất mà dòng triều còn duy trì được gọi là lăng trụ triều Sóng triều truyền vào sông theo cơ chế lan truyền sóng, so với dòng triều, sóng triều ảnh hưởng trên sông xa hơn nhiều Thông thường khi nói đến ảnh hưởng thủy triều, thì chỉ xét đến ảnh hưởng của sóng triều

truyền hết chặng đường 250 km, một sóng triều phải mất khoảng 12 giờ, bằng khoảng thời gian giữa hai chân hay đỉnh Tốc độ truyền triều phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn con triều (cường hay kém), độ dốc lòng sông và lưu lượng thượng lưu

Khi truyền vào sông, do tác động của nguồn nước từ thượng lưu và hình thái chung của lòng sông, thủy triều bị biến dạng dần về biên độ lẫn chu kỳ và bước sóng và điều này ảnh hưởng đến mực nước Max, Min, bình quân: càng vào sâu trong sông biên độ giảm càng nhanh và thời gian giữa hai nhánh lên, xuống cũng thay đổi, thời gian lên ngắn lại, thời gian xuống dài ra Hình 1.1.4 cho thấy diễn biến biên độ triều cường từ ven biển vào trong nội địa của vùng ảnh hưởng triều ĐBSCL Đặc điểm của ảnh hưởng triều trên sông Tiền và sông Hậu như sau:

- Vào mùa kiệt, cách cửa sông khoảng 60  100 km thường xuất hiện điểm uốn mặt nước, tại vùng này mực nước thấp nhất dọc sông

- Mực nước bình quân tháng hay năm luôn tăng từ cửa sông lên thượng nguồn Điều này thể hiện dù ảnh hưởng thủy triều như thế nào thì nước

từ thượng nguồn vẫn được chuyển tải xuống hạ lưu

- Mực nước đỉnh cao nhất hàng năm thường xuất hiện vào tháng XII, I ở

IX, X

1.1.4 Đặc điểm thủy văn hệ thống

Hai dòng chính sông Tiền và sông Hậu hầu như chi phối toàn bộ sự phát triển của ĐBSCL Sông Tiền đóng vai trò quan trọng hơn ngay sau khi phân lưu từ dòng chính sông Mê Công tại Phnôm Pênh, nhờ lòng sông rộng hơn và chuyển tải một lượng nước lớn hơn sông Hậu Sau khi sông Tiền chia bớt nước sang sông Hậu qua sông Vàm Nao, hai sông mới tạo lập được thế cân bằng Nếu xem cửa Tiểu là nhánh chính, thì từ Vĩnh Long đến Mỹ Tho, sông Tiền lần lượt hình thành các chi lưu lớn kế tiếp nhau là sông Cổ Chiên, sông Hàm Luông, sông Ba Lai và sông Mỹ Tho Sông Hậu chảy thành một dòng thẳng tắp và chỉ chia hai trước khi đổ ra biển chừng 30 km qua cửa Định

An và Trần Đề Từ Phnôm Pênh đến Vàm Nao, sông Hậu khá nhỏ so với sông Tiền và chỉ khi được tiếp nước qua Vàm Nao, lòng sông Hậu mới được mở rộng tương ứng với sông Tiền

Ngoài các sông chính trên đây, ĐBSCL còn có một hệ thống kênh rạch dày đặc Các hệ thống sông nhỏ tự nhiên mà trước đây đã từng có lưu vực riêng như hệ thống sông Cái Lớn-Cái Bé, các sông Mỹ Thanh, Gành Hào,

Bảy Háp, Ông Đốc hiện vẫn có những tác động nhất định đối với chế độ thủy văn thủy lực trong từng tiểu vùng Hệ thống kênh mương nhân tạo được hình thành và bổ sung liên tục trong khoảng hơn một trăm năm nay nối thông với nhau từ nhiều hướng đã mang đến cho ĐBSCL một nét đặc trưng riêng, trong đó việc sử dụng và khai thác các dòng kênh đã trở nên nhu cầu không thể thiếu đối với hàng triệu cư dân Hệ thống kênh hiện nay được phân chia thành 3 cấp chính, gồm:

1- Hệ thống kênh trục (kênh cấp I), được nối từ sông chính đến các nguồn tiêu thoát lớn như sông Tiền với Vàm Cỏ Tây ở ĐTM và sông Hậu với vịnh Thái Lan ở TGLX Các kênh trục này ngoài cấp nước tưới trong mùa khô, tiêu nước mưa và nước chua đầu mùa mưa, thoát lũ chính vụ, còn có tác dụng lớn trong giao thông thủy Các kênh trục đáng kể là Nguyễn Văn Tiếp, Đồng Tiến-Lagrange, Hồng Ngự ở ĐTM; Tri Tôn, Ba Thê, Rạch Giá-Long Xuyên, Cái Sắn ở TGLX; Ô Môn, Xà No ở Tây sông Hậu và Quản Lộ

trình đáy từ -3,0 m đến -4,0 m

2- Hệ thống kênh cấp II, được đào nối thông các kênh cấp I với nhau để đưa nước vào nội đồng Hiện nay ở ĐBSCL đã có hệ thống kênh cấp II khá

từ -2,0 m đến -3,0 m

3- Hệ thống kênh cấp III, còn gọi là kênh nội đồng, được đan dày thêm

để đưa nước vào sâu trong các cánh đồng cơ sở Hệ thống kênh cấp III hiện

Tuy nhiên, tùy từng vùng mà yêu cầu đối với loại kênh này cũng khác nhau

Sông Vàm Cỏ Tây tuy không nằm trong hệ thống sông Cửu Long nhưng cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc tạo khả năng dẫn nước tưới

từ sông Tiền, tiêu chua và nước mưa trong nội đồng cho vùng ĐTM và thoát một phần lũ từ ven biên giới Campuchia về và từ sông Tiền tràn sang Sông

sung từ sông Tiền Dưới Tân An chừng 20 km, sông Vàm Cỏ Tây gặp Vàm

Cỏ Đông và cùng chảy ra biển ở cửa Xoài Rạp

ĐBSCL có một hệ thống kênh rạch khá dày, được hình thành chủ yếu trong khoảng hơn 100 năm nay Hệ thống kênh rạch này nối liền các hệ thống sông rạch thiên nhiên đã có, với các biên mực nước, lưu lượng khác nhau, khiến cho chế độ thủy văn - thủy lực trong hệ thống vô cùng phức tạp:

thế chung nước từ sông Tiền chảy sang sông Hậu thông qua hệ thống các kênh trục lớn như Vàm Nao, Kênh Tân Châu - Châu Đốc, kênh Vĩnh An

năm nước từ sông Tiền có xu thế chuyển qua sông Vàm Cỏ Tây thông qua kênh Trục

sông Hậu chảy theo các kênh trục vào Tứ giác Long Xuyên và ra biển Tây

Đông nên vào mùa kiệt có xu thế tích dần nước triều biển Đông vào vùng BĐCM và chuyển dần sang biển Tây qua hệ thống sông Cái Lớn, Cái Bé

(Hình 1.3), nên khi xây dựng công trình điều tiết (cống) trên kênh rạch, diễn biến mực nước thượng hạ lưu cống cũng ảnh hưởng của thủy triều Tính phức tạp của chế độ thủy lực sẽ giảm dần từ ven biển vào nội địa và từ ven sông rạch lớn vào khu vực trung tâm của mỗi hệ thống thủy lợi

(Nguồn: Viện Thuỷ lợi Môi trường, 2010), [34]

Hình 1.3: Biên độ mực nước triều cường (cm)

1.1.5 Nhận xét đánh giá phần đặc điểm tự nhiên

Vùng đồng bằng sông Cửu Long có địa hình tương đối thấp chịu sự tác động của thủy trều biển Đông với biên độ cao và thủy triều biển Tây với biên

độ thấp hơn, nên phạm vi ảnh hưởng của thủy triều đến dòng chảy trong hệ thống rất lớn (diện tích ảnh hưởng trực tiếp của xâm nhập mặn khoảng 1,4 triệu ha), các dạng đường quá trình mực nước của cả hệ thống cũng như của mỗi công trình đều bị ảnh hưởng dao động theo thủy triều và có đặc tính khác nhau: khi triều lên làm cho mực nước trong hệ thống ảnh hưởng dâng cao và ngược lại khi triều xuống cũng làm cho mực nước trong hệ thống xuống thấp,

do đó trong vùng thường lợi dụng khoảng thời gian mực nước dâng cao để lấy nước tự chảy vào trong hệ thống và khoảng thời gian mực nước hạ thấp để tiêu thoát nước từ trong hệ thống ra ngoài hệ thống Để nâng cao việc điều tiết dòng chảy đạt hiệu quả cao hơn, đáp ứng ngày càng cao yêu cầu phát triển kinh tế xã hội nói chung và phát triển sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản nói riêng, việc xây dựng hệ thống thủy lợi, trong đó có các cống điều tiết được xem là giải pháp chính và phổ biến ở ĐBSCL

Song song với diễn biến phức tạp của dòng chảy trên hệ thống kênh rạch, luôn tồn tại diễn biến xói lở phức tạp, một trong những nguyên nhân chủ yếu là địa chất của vùng nghiên cứu đa phần là đất mềm yếu, tính kháng xói của đất nhỏ, tính ổn định tự nhiên của đất thấp đây là vấn đề còn tồn tại đối với việc phòng xói ở hạ lưu cống vùng triều

Do vậy xây dựng công trình điều tiết, ngăn mặn và ngăn triều cường thường gặp rất nhiều khó khăn, với đặc điểm này mà cấu tạo nối tiếp hạ lưu công trình vùng triều ĐBSCL có nhiều điểm khác với các vùng khác (như vùng ven biển phía Bắc, miền Trung), do đó còn tồn tại nhiều vấn đề khoa học liên quan cần phải nghiên cứu cho phù hợp với vùng ĐBSCL

1.2 TỔNG QUAN XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN CỐNG Ở ĐBSCL 1.2.1 Quá trình phát triển công trình thủy lợi vùng ĐBSCL

Công tác thủy lợi ĐBSCL có từ lâu đời, gắn liền với quá trình khai thác

và phát triển ĐBSCL, nhưng mãi đến cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20 các kênh

đào lớn mới phát triển và từ giữa thế kỷ 20 đến nay hệ thống thủy lợi ngày càng phát triển, đặc biệt sau ngày thống nhất đất nước (1975) Nhận thức được ĐBSCL là vùng có tiềm năng lớn để phát triển nông nghiệp, thủy sản, Công tác thủy lợi được xem là biện pháp hàng đầu nên việc nghiên cứu cũng như xây dựng được đẩy mạnh Nhiệm vụ chính công tác thuỷ lợi thực hiện trong thời gian qua là:

+ Phát triển hệ thống kênh trục nối sông Mê Công để tăng cường khả năng cấp nước ngọt, hạn chế mặn vào nội đồng, đồng thời tăng cường khả năng tiêu phèn, cải thiện tiêu úng do mưa

+ Đối với vùng ngập lũ: xây dựng hệ thống đê bao, bờ bao hạn chế thiên tai do lũ gây ra đối với con người, cơ sở hạ tầng, đồng thời đảm bảo cho phát triển nông nghiệp và môi trường bền vững

+ Đối với vùng ven biển đắp đê, bờ bao ngăn mặn và xây dựng công trình điều tiết, kiểm soát mặn xâm nhập phù hợp với phát triển sản xuất nông nghiệp, thủy sản của từng địa phương, bao gồm dự án ngọt hóa, dự án thủy sản mặn - lợ

Hiện nay, việc phát triển và hoàn thiện các hệ thống vẫn đang tiếp tục đầu tư xây dựng Bảng 1.1 giới thiệu quy mô một số dự án lớn khu vực ven biển ảnh hưởng thủy triều vùng ĐBSCL [29]

Bảng 1.1: Xây dựng, phát tirển các dự án thủy lợi ven biển ĐBSCL

TT Tên dự án Địa điểm Diện tích

Nguồn : Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, DA Điều tra tổng hợp, 2005

1.2.1.1 Quá trình xây dựng cống truyền thống cải tiến ở ĐBSCL

Song song với việc phát triển hệ thống thuỷ lợi có rất nhiều công trình

đã được xây dựng với nhiệm vụ điều tiết một hoặc hai chiều (tưới, tiêu) Số ít

thống, xói lở ở hạ lưu tồn tại và diễn biến phức tạp và đều phải sửa chữa

(phân tích chi tiết vấn đề tồn tại này được trình bầy trong mục 2.3.1 của Chương 2) Sau năm 1990 đa số những công trình loại vừa và lớn (cống truyền thống cải tiến) được xây dựng đều thông qua nghiên cứu thí nghiệm để xác định hình thức tiêu năng phòng xói hợp lý, cho đến nay các công trình này đều ổn định và an toàn về thủy lực, phân tích chi tiết vấn đề này được trình bầy trong chương 2

1.2.1.2 Quá trình xây dựng cống đập phân ranh mặn ngọt ở ĐBSCL

Phát huy lợi thế của đặc điểm tự nhiên, việc chuyển đổi sản xuất để mang lại hiệu quả cao hơn, nên một số tiểu vùng ven biển đã hình thành hai vùng sinh thái khác nhau: vùng sinh thái ngọt, vùng sinh thái mặn – lợ (nuôi trồng thủy sản) Để phân ranh giữa các vùng mặn ngọt hàng năm nhân dân đã

bỏ ra khá nhiều công sức và của cải để đắp đập bối ngăn không cho mặn tràn vào khu vực trồng lúa (sinh thái ngọt), việc đắp đập phải tiến hành hàng năm

vì sau đó đập lại phải phá ra để tiêu thoát nước trong mùa mưa, lũ Từ thực tế trên, cống đập phân ranh mặn ngọt ở ĐBSCL được nghiên cứu, xây dựng Đặc điểm đặc trưng của loại cống này là:

- Thích hợp với vùng có biên triều thấp

- Thời gian thi công nhanh chóng

- Chi phí đầu tư thấp

Bắt đầu vào năm 2003 các cống đập phân ranh (đập ngăn mặn có cửa van) thuộc vùng Bán đảo Cà Mau được xây dựng

+ Quá trình xây dựng cống - đập cừ bản dự ứng lực

Loại cống này, ở ĐBSCL đã được ứng dụng để xây dựng công trình trong hệ thống (vùng có biên độ triều thấp), với nhiệm vụ phân ranh mặn ngọt Công trình ứng dụng đầu tiên là cống đập Ninh Quới – Bạc Liêu (2003)

Bảng 1.2: Quá trình xây dựng cống đập cừ bản dự ứng lực

B(m)

Năm xây dựng

+ Quá trình xây dựng cống - đập xà lan

Thông Lưu và đập Hòa Bình; những năm tiếp theo là các đập được xây dựng chủ yếu dọc tuyến kênh Xà No, từ Vị Thanh đến Cần Thơ và một số ở Cà Mau [32]

1.2.2 Các hình thức cống hở vùng ĐBSCL

1.2.2.1 Cống truyền thống cải tiến (cống vùng triều) ở ĐBSCL [30]

Thực tế đã cho thấy, từ đặc điểm tự nhiên, mục tiêu, nhiệm vụ của dự

án, việc tính toán thủy lực hệ thống đã xác định được chiều rộng thông nước của từng cống, đồng thời cùng với điều kiện kỹ thuật, giao thông thủy mà qui mô cống được xác định có thể là cống có 01 khoang cửa hoặc cống có 02

cửa trục đứng lệch trục Thời kỳ đầu (sau ngày giải phóng Miền Nam) cống vùng triều ĐBSCL theo dạng cống hở truyền thống đã được xây dựng nhiều ở miền Bắc nước ta Tuy nhiên, do địa chất nền quá yếu và chế độ thủy lực ảnh hưởng thủy triều (thay đổi quá nhanh) nên kết cấu này không phù hợp và đã

được thay đổi cho phù hợp Sự thay đổi chủ yếu là kết cấu thân cống (HEC2 nghiên cứu) và thay đổi kết cấu tiêu năng cho phù hợp (Viện KHTLMN, Viện KHTL, Trường ĐHTL nghiên cứu đề xuất), Phòng thí nghiệm Thủy lực thuộc VKHTLMN, trong đó tác giả là người chủ trì và tham gia chính đã thực hiện rất nhiều các nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực để xác định hình thức tiêu năng phòng xói hợp lý cho từng công trình, liên quan vấn đề này sẽ được trình bày chi tiết hơn trong Chương 2 Hình 1.4 giới thiệu cống Ba Lai

là một trong những công trình điển hình cống vùng triều ĐBSCL

1.2.2.3 Cống đập trụ đỡ [30], [32]

Cống trụ đỡ (Hình 1.5), được nghiên cứu đầu tiên ở nước ta từ những năm 1990, bởi Viện Khoa học Thủy lợi (GS.TS Trương Đình Dụ và cộng sự) Gần đây kết cấu này được áp dụng cho Cống Phó Sinh, Sông Cui

Về nguyên lý: Trụ được đặt trên hệ cọc, chịu toàn bộ áp lực ngang của nước từ cửa van truyền vào

Về nguyên lý: Đây là dạng công trình dạng khối hộp, ổn định bằng chính trọng lượng công trình, diện tích đế móng phù hợp nên không cần đến cọc xử lý nền khi phải xây dựng trên nền mềm Thích hợp với vùng có biên

độ triều thấp

Về thi công: đây là loại cống được thi công trên ao khô, sau đó hạ thủy

và đưa vào vị trí yêu cầu, công tác đền bù, giải tỏa cho xây dựng cống là nhỏ

Hiện nay loại công trình này đang được sử dụng cho một số vùng chuyển đổi ở ĐBSCL

-2.00

+0.70 +0.50

-2.40

-4.10

+1.00 TÊm bª t«ng cèt thÐp  50x50, dµy10 cm

TÊm bª t«ng cèt thÐp  50x50, dµy10 cm +1.00

(Nguồn: Viện Khoa học Thuỷ lợi)

Hình 1.6: Cống dạng phao di động (cống đập ngăn mặn Phước Long), [3]

(Nguồn: Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam), [9]

Hình 1.7: Cống dạng cừ dự ứng lực - công trình ngăn mặn Ninh Quới

1.2.3 Nhận xét mục 1.2

Cống hở ở ĐBSCL đã được xây dựng rất nhiều cùng với hệ thống kênh rạch đảm bảo cho yêu cầu tiêu thoát, ngăn mặn, ngăn lũ và môi trường Theo quá trình phát triển các hình thức cống hở đã được nghiên cứu và đa dạng hóa

về hình thức cấu tạo để phù hợp với đặc điểm, sản xuất của từng vùng Cống đập phân ranh mặn ngọt thuộc vùng có biên triều thấp, khẩu độ cống xấp xỉ mặt cắt kênh, dòng chảy qua cống bị thu hẹp không đáng kể, nên xói lở hạ lưu cống về cơ bản là ít xảy ra Cống hở dạng truyền thống cải tiến được xây dựng khá nhiều ở vị trí đầu mối các dự án (cống nguồn), chế độ thủy lực phức tạp, giải pháp hạn chế xói lở hạ lưu cống cần được quan tâm nghiên cứu

1.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

Dòng chảy qua công trình nói chung và công trình tháo có cột nước thấp nói riêng đã được nghiên cứu từ rất lâu, nhiều quy luật được phát hiện, công tác tính toán đã được phát triển, nhìn chung các bài toán cơ bản đã được giải quyết Đối tượng nghiên cứu vừa mang đặc tính chung của cống đồng bằng và lại mang đặc tính riêng của vùng ĐBSCL, do vậy luận án xin đề cập đến kết quả nghiên cứu liên quan đến “tính riêng của cống ĐBSCL” Dưới đây chỉ xin nêu qua một số vấn đề liên quan

1.3.1 Nghiên cứu về nối tiếp hạ lưu công trình [1], [36]

Dòng chảy từ thượng lưu qua ngưỡng cống/tràn có bậc thẳng đứng nối tiếp với dòng chảy hạ lưu công trình bằng hai hình thức nối tiếp chủ yếu:

- Hình thức nối tiếp ở trạng thái chảy đáy

- Hình thức nối tiếp ở trạng thái chảy mặt

a) Nối tiếp chảy đáy sau bậc

Với những độ sâu hạ lưu không lớn lắm, trạng thái dòng chảy có thể xuất hiện dòng chảy đáy ở hạ lưu công trình có thể là dạng nối tiếp bằng nước

nhảy phóng xa hay nước nhảy tại chỗ và hoặc là nước nhảy ngập [1, tập III, tr 59], trong trường hợp này lưu tốc lớn nhất của dòng chảy xuất hiện ở gần đáy lòng dẫn (Hình 1.8)

Dòng chảy hạ lưu là dòng êm, trong trường hợp này dòng chảy qua ngưỡng đổ xuống hạ lưu xuất hiện mặt cắt co hẹp c - c, tại mặt cắt co hẹp độ

vậy nối tiếp chảy đáy bắt buộc phải qua nước nhảy Dạng và vị trí của nước nhảy phụ thuộc vào năng lượng đơn vị của mặt cắt co hẹp và mặt cắt dòng

sâu liên hiệp với hh

Hình 1.8: Nối tiếp chảy đáy sau bậc

nhảy tại chỗ Năng lượng thừa được tiêu hao phần lớn bằng nước nhảy Dạng nước nhảy này không ổn định vì không có công trình nào thoả mãn được lưu lượng ổn định theo thời gian

so với mặt cắt co hẹp c- c, đoạn trước nước nhảy dòng chảy xiết (đường nước dâng) Năng lượng dư một phần tiêu hao trên đoạn nước dâng và bằng nước nhảy, dạng này gọi là nước nhảy phóng xa