Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công trình nhằm tăng khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn của cầu khe trí khi xả lũ từ hồ ngàn trươi

L I C M N

Lu n v n Th c s k thu t “Nghiên c u, đ xu t gi i pháp công trình nh m

t ng kh n ng thoát l và n đ nh lòng d n c a c u Khe Trí khi x l t H Ngàn

Tr i” đã đ c hoàn thành v i s c g ng c a b n thân và s giúp đ nhi t tình c a phòng đào t o i h c và sau i h c, khoa Công trình, các th y cô giáo tr ng

i h c Th y l i Trong quá trình h c t p, nghiên c u và hoàn thành lu n v n tác

gi đã nh n đ c nhi u s giúp đ c a th y cô và đ ng nghi p

Tr c h t tác gi xin g i l i c m n chân thành t i PGS TS Lê V n Ngh

đã tr c ti p h ng d n ch b o t n tình trong quá trình th c hi n lu n v n này

Tác gi c ng xin g i l i c m n t i các cán b làm vi c t i Trung tâm nghiên

c u Th y l c – Phòng TNT Qu c gia v đ ng l c h c sông bi n – Vi n Khoa h c

Th y l i Vi t Nam, các b n bè l p CH18C11 đã h tr thu th p tài li u, chuyên môn, góp ý đ lu n v n đ c hoàn thành

Trong khuôn kh lu n v n, do trình đ và đi u ki n th i gian có h n nên lu n

v n không tránh kh i nh ng thi u sót Vì v y, tác gi r t mong nh n đ c nh ng ý

ki n đóng góp quý báu c a th y cô và nh ng ng i quan tâm

TÁC GI

thông tin, tài li u, b ng bi u, hình v … l y t ngu n khác đ u đ c trích d n ngu n

đ y đ theo quy đ nh N u có gì sai trái tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m theo quy

đ nh c a nhà tr ng

H c viên

V n Th Kim Chung

M C L C

L I C M N - 1 -

M C L C - 3 -

Ch ng 1 T NG QUAN - 4 -

1.1 T ng quan v tình hình xây d ng c u h l u tràn x l 4

1.2 Di n bi n dòng ch y l khu b thu h p 5

1.3 Các công trình nghiên c u t ng t và k t qu 5

1.4 Gi i thi u v c u Khe Trí và h th ng Th y l i Ngàn Tr i – C m Trang 7

-1.4.1 Tên d án 7

-1.4.2 a đi m xây d ng 7

-1.4.3 C p công trình và t n su t thi t k 16

-Ch ng 2 K T QU THÍ NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C C U KHE TRÍ HI N TR NG - 18 -

2.1 Mô hình hóa thí nghi m 18

2.1.1 M c tiêu nghiên c u thí nghi m mô hình 18

-2.1.2 N i dung nghiên c u thí nghi m: 18

-2.1.3 Mô hình đ c xây d ng 19

-2.1.4 Trình t thí nghi m mô hình 22

-2.1.5 B trí m t c t đo 22

-2.1.6 ánh giá sai s k t qu đo 26

-2.1.7 S li u ph c v thí nghi m mô hình 28

2.2 Khái quát chung các ph ng án hi n tr ng 29

2.3 K t qu thí nghi m kh n ng thoát l qua c u 30

2.4 Tình hình th y l c d c tuy n và khu v c c u 31

-2.5 ng m c n c d c tuy n 33

2.6 Xác đ nh sóng hai bên b và khu v c c u 34

2.7 L u t c trung bình và m ch đông l u t c C 36

2.8 ánh giá tình hình xói l khu v c c u va hai bên b 37

2.9 Nh n xét và ki n ngh 38

2.10 M t s hình nh thí nghi m 39

-Ch ng 3 NGHIÊN C U ÁNH GIÁ CH TH Y L C C A C U KHE TRÍ B NG MÔ HÌNH TOÁN - 44 -

3.1 c đi m lòng d n Khe Trí 44

-3.1.1 i u ki n đ nh hình, đ a m o khu v c Khe Trí 44

-3.1.2 i u ki n đ a ch t vùng nghiên c u 47

-3.1.3 i u ki n dân sinh, kinh t , xã h i 48

3.2 Thi t l p mô hình th y l c m ng sông 50

-3.2.1 Ph m vi mô ph ng 50

-3.2.2 Tính toán th y l c c a dòng ch y khu v c c u Khe Trí hi n tr ng 52

3.3 So sánh k t qu tính toán và thí nghi m mô hình 55

3.4 K lu n ch ng 3 58

-Ch ng 4 PH NG ÁN C I T O C U KHE TRÍ B O D M THOÁT L KHI X T H NGÀN TR I - 59 -

4.1 nh h ng gi i pháp 59

-4.2 Các ph ng án, gi i pháp đ xu t nghiên c u gi m m c n c th ng l u c u Khe Trí 59

4.3 K t qu tính toán th y l c khi lo i b m m đá (PA1) 60

4.4 K t qu tính toán th y l c khi lo i b m m đá và n o vét đáy c u (PA2) 64

4.5 K t qu tính toán th y l c khi m r ng nh p c u (PA3+4) 68

4.6 So sánh k t qu tính toán và l a ch n gi i pháp 78

-K T LU N VÀ -KI N NGH - 84 -

TÀI LI U THAM KH O - 86 -

PH L C B NG

B ng 2.1 Các t l d n trên mô hình - 20 -

B ng 2.2 B ng v trí các m t c t và s th y tr c trên m i m t c t - 25 -

B ng 2.3 L u l ng trên các nhánh sông t i ngã 3 Ngàn Tr i Khe Trí (m3 /s) - 28 -

B ng 2.4 Quan h Q~Z trên sông Ngàn Tr i - 28 -

B ng 2.5 K t qu thí nghi m cao trình m t n c t i m t c t tr c và sau c u - 30 -

B ng 2.6 K t qu thí nghi m cao trình m t n c t i m t c t tr c và sau c u - 31 -

B ng 2.7 ng m t n c trung bình d c tuy n công trình - 33 -

B ng 2.8 Biên đ dao đ ng sóng t i hai bên b (hs) - 34 -

B ng 2.9 Giá tr l u t c trung bình m t c t trên các m t c t đo - 36 -

B ng 2.10 Giá tr l u t c trung bình và l u t c th y đ ng các vùng d c tuy n - 37 -

B ng 3.1 Cao đ đ ng m t n c (m) khu v c c u Khe Trí v i các l u l ng - 54 -

B ng 3.2 So sánh Cao đ đ ng m t n c (m) tính toán và thí nghi m mô hình - 55 -

B ng 3.3 So sánh chênh l ch c t n c (m) tr c, sau c u tính toán và thí nghi m - 56 -

B ng 3.4 So sánh chênh l ch c t n c (m) tr c, sau c u tính toán và thí nghi m - 56 -

B ng 4.1 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l ng khi lo i b m m đá - 62 - B ng 4.2 T ng h p v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l ng khi lo i b m m đá - 62 -

B ng 4.3 T ng h p các t n th t c c b (m) khu v c c u Khe Trí khi lo i b m m đá - 63 -

B ng 4.4 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l ng khi n o vét đáy c u - 66 - B ng 4.5 T ng h p v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l ng khi n o vét đáy c u - 67 -

B ng 4.6 T ng h p các t n th t c c b (m) t i khu v c c u Khe Trí n o vét đáy c u - 67 -

B ng 4.7 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l ng khi m r ng 1 khoang c u - 70 -

B ng 4.8 T ng h p giá tr v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l ng khi m r ng 1 khoang c u - 71 -

B ng 4.9 T ng h p các t n th t c c b (m) t i khu v c c u Khe Trí khi m r ng 1 khoang c u - 72 -

B ng 4.10 T ng h p giá tr cao đ dòng ch y (m) các c p l u l ng khi m r ng 2 khoang

c u - 74 -

B ng 4.11 T ng h p giá tr v n t c dòng ch y (m/s) các c p l u l ng khi m r ng 1 khoang c u - 75 -

B ng 4.12 T ng h p các t n th t c c b (m) t i khu v c c u Khe Trí khi m r ng 1 khoang c u - 76 -

B ng 4.13 So sánh cao đ đ ng m t n c (m) l u l ng l n nh t các ph ng án - 79 -

B ng 4.14 So sánh cao đ đ ng m t n c (m) l u l ng thi t k các ph ng án - 79 -

B ng 4.15 So sánh v n t c dòng ch y (m/s) l u l ng l n nh t các ph ng án - 80 -

B ng 4.16 So sánh v n t c dòng ch y (m/s) l u l ng thi t k các ph ng án - 82 -

PH L C HÌNH Hình 1.1 Các thông s k thu t công trình chính - 12 -

Hình 2.1 M t b ng b trí mô hình và v trí các m t c t đo - 24 -

Hình 2.2 Quan h Q~Z trên sông Ngàn Tr i, cách ngã 3 v i Khe Trí 150m - 29 -

Hình 2.3 ng bi u di n quan h QTr~Zmaxtr c C u - 31 -

Hình 3.1 Khe Vang, Khe Trí và m ng l i sông su i trong vùng d án - 44 -

Hình 3.2 B n đ cao đ đ a hình lòng d n Khe Trí - 45 -

Hình 3.3 Ph m vi nghiên c u bi n hình lòng d n c a nhi m v t v n - 51 -

Hình 3.4 M ng sông tính toán - 51 -

Hình 3.5 Quá trình m c n c, l u l ng t i c u Khe Trí , ph ng án hi n tr ng - 53 -

Hình 3.6 Quá trình m c n c, l u l ng t i c u m m đá cu i Khe Trí ph ng án hi n tr ng - 53 -

Hình 3.7 ng m c n c tính toán và thí nghi m v i các c p l u l ng - 57 -

Hình 4.1 M t c t m m đá cu i Khe Trí hi n tr ng và n o vét - 60 -

Hình 4.2 M t c t đo n lòng d n sau c u hi n tr ng và n o vét - 61 -

Hình 4.3 Quá trình m c n c, l u l ng t i c u Khe Trí khi lo i b m m đá - 64 -

Hình 4.4 Quá trình m c n c, l u l ng t i m m đá khi lo i b m m đá - 64 -

Hình 4.5 M t c t c u Khe Trí hi n tr ng và n o vét - 65 -

Hình 4.6 Quá trình m c n c, l u l ng t i c u Khe Trí khi n o vét đáy c u - 68 -

Hình 4.7 Quá trình m c n c, l u l ng t i m m đá khi n o vét đáy c u - 68 -

Hình 4.8 M t c t c u Khe Trí hi n tr ng và m r ng 1 khoang - 69 -

Hình 4.9 M t c t c u Khe Trí hi n tr ng và m r ng 2 khoang - 69 -

Hình 4.10 M c n c, l u l ng t i c u Khe Trí khi m r ng thêm 1 nh p - 73 -

Hình 4.11 M c n c, l u l ng t i m m đá khi khi m r ng thêm 1 nh p - 73 -

Hình 4.12 M c n c, l u l ng t i c u Khe Trí khi m r ng thêm 2 nh p - 77 -

Hình 4.13 M c n c, l u l ng t i m m đá khi khi m r ng thêm 2 nh p - 77 -

M U

I Tính c p thi t c a đ tài:

C u Khe Trí n m trên đ ng H Chí Minh, cách th tr n V Quang t nh Hà

T nh v phía nam 5km, đ c b c qua Khe Trí , cách h p l u Khe Trí và sông Ngàn

Tr i 100m Khe Trí có di n tích l u v c kho ng 15km2 tính đ n c u Khe Trí , l u

l ng ng v i t n su t P=0.1% là 900 m3

/s C u hi n tr ng có kh u đ là 2 nh p,

m i nh p dài 33m, m t c u có cao trình 19.2m, đáy d m c u cao trình 17.5m, cao

đ đáy sông khu v c c u bi n đ i t 6 ÷ 9m

H ch a n c Ngàn Tr i, t nh Hà T nh đ c B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn phê duy t đi u ch nh, b sung D án đ u t xây d ng công trình t i quy t

đ nh s 424/Q -BNN-XD ngày 25/02/2010 và đang đ c thi t k k thu t là công trình th y l i l n nh t B c Trung b có dung tích h u ích 750 tri u m3 n c v i nhi m v cung c p n c t i cho kho ng 32585ha đ t canh tác nông nghi p, nuôi

tr ng 5991ha th y s n k t h p phát đi n, c p n c cho các ngành công nghi p khác

và dân sinh, gi m l và c i t o môi tr ng sinh thái h du… Tràn x l Ngàn Tr i

đ c đ t trên tuy n đ p ph c a h Ngàn Tr i, là v trí phân th y c a lòng h Ngàn Tr i và l u v c Khe Trí

Khi tràn Ngàn Tr i làm nhi m v xã l s làm t ng l u l ng qua c u Khe Trí t 900 m3

/s lên 3147 m3/s i u này gây nguy hi m cho công trình, do v y c n

có bi n pháp công trình nh m đ m báo kh n ng thoát l , n đ nh lòng d n và an toàn công trình t i khu v c c u Khe Trí

B Nông nghi p & PTNT phê duy t đi u ch nh b sung D án đ u t xây

- D án H ch a n c Ngàn Tr i đang trong giai đo n Thi t k k thu t b n

v thi công, tuy nhiên vi c thi t k c u ch a đ c th c hi n ph c v cho vi c

xác đ nh kh u đ c u, mô hình v t lý c u Khe Trí đã đ c thi t l p và thí nghi m

v i ph ng án hi n tr ng Qua k t qu nghiên c u cho th y, c n thi t ph i m r ng

và nghiên c u gi i pháp kh c ph c và đ m b o an toàn cho công trình

Vi c Nghiên c u xác đ nh chính xác kh u đ c u Khe Trí nh m đ a ra các

gi i pháp hi u qu nh m đ m b o kh n ng thoát l , n đ nh lòng d n và an toàn giao thông là c n thi t và v n đ có tính th c ti n và khoa h c cao

V i mong mu n nâng cao trình đ và ti p c n các v n đ th c t c a công tác xây d ng th y l i, h c viên l a ch n đ tài “Nghiên c u, đ xu t gi i pháp công trình nh m t ng kh n ng thoát l và n đ nh lòng d n c a c u Khe Trí khi x l t

H Ngàn Tr i”

II M c đích và nhi m v c a đ tài:

- Nghiên c u quy lu t, đ ng l c h c dòng ch y c a đo n sông khi có và không có c u giao thông;

- Nghiên c u đánh giá nh h ng c a vi c x l t H Ngàn Tr i đ n c u Khe Trí hi n tr ng

- Ti p c n t ng th : xem xét quá trình bi n đ i dòng ch y t i khu v c c u trên

t ng th v m t không gian và th i gian khi xem xét trên mô hình toán h c

-Ti p c n chi ti t: Thông qua nghiên c u thí th c nghi m nh m đánh giá các

đ c tr ng th y đ ng h c t i khu v c c u

- Ti p c n t các nghiên c u tr c đó: Thông qua các tài li u, Giáo trình các tài li u chuyên ngành …

- Ti p c n đa ngành: vì c u Khe Trí là công trình giao thông quan tr ng trên

đ ng H Chí Minh đ c thi t k theo tiêu chu n thi t k c u, l đ c x qua h

Ngàn Tr i đ c tính toán theo tiêu chu n c a ngành thu l i, do v y c n có ti p

c n đa ngành đ gi i quy t bài toán h p lý ph c v c t t nh t cho l i ích xã h i + Ph ng pháp nghiên c u:

- Ph ng pháp nghiên c u th c đ a: n m b t tính hình th c t , đ a hình, th sông vùng nghiên c u;

- Ph ng pháp nghiên c u th c nghi m trên mô hình v t lý;

- Ph ng pháp nghiên c u th c nghi m trên mô hình toán, thi t l p bài toán

m ng sông vùng c u Khe Trí và sông Ngàn Tr i

h ch a Tính đ n nay n c ta đã có h n 500 h ch a n c có dung tích t 1 tri u m3 tr lên v i các m c đích phát đi n, đi u ti t l gi m ng p l t h l u, c p n c

t i, c p n c sinh ho t, nuôi trông th y s n…

Khi xây d ng h ch a thì Tràn x l là h ng m c quan tr ng không th thi u

c a c m công trình đ u m i th y l i và th y đi n, nó có nhi m v x l ng n c

th a đ kh ng ch m c n c cao nh t có th ch a trong h đ đ m b o an toàn cho toàn b c m công trình

Dòng ch y l sau khi đi u ti t tr l i trong h t o ra chênh l ch l n m c n c

th ng h l u trên đo n sông đó g i là z (Zh - Zh ), khi g p con l l n h n v t quá l u l ng h ch a c n m c a đ p tràn đ tháo l u l ng d xu ng lòng sông

h l u

Do đ ng tràn th ng nh h n r t nhi u so v i lòng sông t nhiên nên n ng

l ng không r i đ u trên b m t lòng sông mà t p trung ph m vi nh t đ nh n ng

l ng c a dòng ch y t th ng l u đ xu ng h l u đ c chuy n hóa t th n ng thành đ ng n ng l i t p trung, đ n i ti p v i m t n c h l u ph n dòng ch y này đã ch y qua công trình tiêu n ng N u công trình tiêu n ng đ c thi t k t t thì

n ng l ng đ c tiêu hao t t, t i đa c ng ch t 60% ÷70% t ng n ng l ng c a dòng ch y; ph n n ng l ng d còn t i 30% ÷ 40% s đ c ti p t c tiêu hao trong quá trình chuy n đ ng xu ng đo n lòng sông phía sau

N ng l ng d c a dòng ch y gây va đ p và t o thành sóng, s đ c tiêu hao

d n trong quá trình lan truy n sóng xu ng h l u, do đó c u giao thông càng g n Tràn x l thì đ d nh cao m c n c càng l n, cách tràn x l càng xa thì đ d nh

gi m đi nh ng v n cao h n m c n c tính toán theo tài li u th y v n theo quan h Q= f(Zh )

Giai đo n v a qua có nhi u công trình tràn x l v n hành đã có tác đ ng x u

đ n c u giao thông h l u Nh mùa l n m 2006, x l đ p tràn sông Hinh đã làm trôi c u giao thông trên đ ng vào khu v c công trình mà k t qu nghiên c u

thí nghi m mô hình th y l c đã c nh báo L i nh n m 2007 x l thi công c a công trình C a t – Thanh Hóa đã làm v m c u b trái, mà đi u này c ng đã

đ c c nh b o trong k t qu nghiên c u thí nghi m mô hình th y l c t i vi n Khoa

h c Th y l i Vi t Nam

1.2 Di n bi n dòng ch y l khu b thu h p

Dòng ch y qua khu b thu h p s t o ra các xoáy n c l n nh chuy n đ ng

h n đ n hai bên tr c và sau đo n b thu h p, nh ng xoáy n c này tác đ ng đ n

v t c n gây xói l

Dòng ch y có tính liên t c nên khi gi m nh ti t di n dòng ch y s làm t ng

l u t c trung bình và ng su t ti p đáy t i khu v c b thu h p

Vì dòng ch y có tính liên t c nên khi gi m nh ti t di n dòng ch y, s làm

t ng l u t c trung bình và ng su t ti p đáy trên đo n sông b thu h p Vì th , khi có

s gia t ng l c đào xói khu v c thu h p dòng ch y thì s có các v t li u đáy b dòng n c mang đi nhi u h n là đ c mang t th ng l u v Khi cao đ đáy sông

h xu ng, di n tích thoát n c t ng lên, l u t c dòng n c và ng su t ti p đáy s

gi m đi cho đ n khi đ t đ c s cân b ng t ng đ i: l ng v t li u đáy đ c dòng

n c mang đ n t ng đ ng v i l ng v t li u đáy b dòng n c mang đi; ho c

ng su t c t đáy đ c gi m đi t i tr s mà đó không có v t li u đáy b dòng n c mang đi

1.3 Các công trì nh nghiên c u t ng t và k t qu

Tràn l sông Hinh n m 2006 th c hi n x l xu ng h l u đã xói trôi c u giao thông b c qua sông Hinh cách v trí tràn x l kho ng 800m b trôi; do cao trình m t c u th p h n m c n c x l sau tràn;

Thí nghi m mô hình đ p tràn x l Tuyên Quang n m 2003 đã c nh báo c u giao thông b c qua sông Gâm h l u công trình, khi th c hi n tràn v n hành x l

v i l u l ng x l n h n t n su t l P(1%) thì chân tr c u có kh n ng b xói sâu

t i t 8÷10m và uy hi p m c u b trái n i v i đ ng d n đi vào th tr n Na-Hang,

b ng p gây tr ng i cho vi c đi l i hai b ; c u giao thông này cách công trình tràn

x l g n 1500m v h l u;

N m 1998 c ng d a trên k t qu thí nghi m mô hình th y l c đã th y rõ tình hình th y l c h l u tràn x l Hòa Bình di n ra r t ph c t p n u l u l ng x l

Q ≥ 25000 m3

/s xu ng h tiêu n ng thì dòng phun phóng xu ng h xói tiêu n ng và

ch y ra kh i h xói gây ra sóng l n lan truy n xu ng h l u, sóng cao s va đ p vào

d m c u giao thông h l u b c qua sông à, v i ng n sóng cao t i 1.5m có kh

n ng tràn n c lên m t c u gây nguy hi m cho ng i và ph ng ti n qua c u M t khác l i t o thành khu n c qu n ch y ng c t m hàn v t ng lái dòng bên b

ph i r i ch y thúc vào chân mái đá h l u c a đ p Hòa Bình gây xói s t mái h l u,

đ ng th i t o ra dòng qu n chân đ p, có sóng dao đ ng cao t 2.5-3.0m làm kéo trôi các t m bê tông b o v m t mái n ng t i 24 t n; ngoài ra còn t o ra đ d c ngang c a m t n c gi a hai b , mà đ chênh l ch m t n c t i 7-8m, gây s t l cho hai b ;

N m 2006 k t qu thí nghi m mô hình th y l c c a tràn x l C a t đã cho th y sau khi x l l u l ng x Q > 3400m3

/s ch l u dòng ch y đi l ch sang

b trái đâm vào m c u b trái có th phá ho i m c u b trái và xói s t sâu vùng

m c u b trái t i g n 10m; đ ng th i sóng d nh cao h n b ph i t 0.5÷0.7m tràn lên đ ng d n vào c u phía b trái i u này đã đ c nghiên c u thí nghi m mô hình th y l c c nh báo Song ch a chú ý gia c , nên tr n l n m 2007 th c hi n x

l thi công v i l u l ng g n 7000m3

/s nh p d n b trái c u sông Chu đã b xói s p

Nh v y qua vi c nghiên c u mô hình th y l c v tình hình th y l c h l u

di n ra ph c t p làm dâng m c n c đo n lòng sông có c u giao thông không gi ng

nh m c n c sông t nhiên khi ch a xây d ng công trình tràn x l

Do v y, v n đ này c n đ c đ c p đ nghiên c u

1.4 Gi i thi u v c u Khe Trí và h th ng Th y l i Ngàn Tr i – C m Trang

1.4.1 Tên d án

Tên d án: H th ng th y l i Ngàn Tr i - C m Trang, t nh Hà T nh

Tên ti u d án: Công trình đ u m i H ch a n c Ngàn Tr i

Công trình đ u m i Ngàn Tr i đ c xây d ng trên sông Ngàn Tr i cách

c u Ngàn Tr i trên đ ng H Chí Minh kho ng 0.5 km v phía th ng l u thu c

xã H ng i huy n V Quang, t nh Hà T nh

1.4.2.1 M c tiêu, nhi m v c a d án

Theo công v n s : 1037/UBND-NL2 ngày 26/5/2006 c a U Ban Nhân Dân

t nh Hà T nh, s : 1435/BCT-CLH ngày 25/9/2007 c a B Công Th ng và Quy t

đ nh s 2919/Q -BNN-XD ngày 24/9/2008 c a B Tr ng B NN&PTNT v vi c phê duy t D án đ u t xây d ng, c n c Quy t đ nh s 424/Q -BNN-XD ngày 25/02/2010 v vi c phê duy t đi u ch nh, b sung d án đ u t xây d ng công trình

Ti u d án “Công trình đ u m i H ch a n c Ngàn Tr i” thu c D án “H th ng

th y l i Ngàn Tr i-C m Trang, t nh Hà T nh”, nhi m v chính c a công trình nh sau:

C p n c cho khu công nghi p (KCN) m s t Th ch Khê v i l u l ng Q=6m3/s và các KCN khác v i di n tích là 1530 ha

C p n c t i cho 32585 ha đ t canh tác (trong đó vùng t i tr m b m Linh

C m 21452 ha, ven Sông Nghèn 3606 ha, huy n V Quang 491 ha, huy n H ng

S n 4187 ha, huy n Nghi Xuân 2849 ha) thu c các huy n c Th , T.T H ng

L nh, Can L c, Th ch Hà, Nghi Xuân, V Quang, H ng S n t nh Hà T nh

C p n c sinh ho t, ch n nuôi cho các huy n Th Trên

Môi tr ng, c p n c các tháng mùa c n cho h l u sông Ngàn Sâu và sông

La

C p n c nuôi tr ng th y s n v i di n tích nuôi tr ng 5991 ha (trong đó

5831 ha thu c các huy n Can L c, Th ch Hà, Nghi Xuân, c Th , th xã H ng

L nh và 160 ha huy n V Quang)

H Ngàn Tr i k t h p phát đi n v i công su t t 15 MW

C t gi m l và c i t o môi tr ng sinh thái h du (v i l u l ng Q=4,0m3

/s), phát tri n du l ch

b o t n su t P = 90%

Phát đi n: theo t i (không có dung tích dành cho phát đi n, Wth yđi n= 0)

1.4.2.3 Quy mô và gi i pháp k thu t công trình chính

a p chính t o h

Xây d ng m t đ p b ng v t li u đ a ph ng ng n sông dài 342 m đ t t i xã

H ng i huy n V Quang Cao đ đ nh đ p 57.8m

Kh i gia t i th ng l u, h l u đ c đ p b ng đá phong hóa hoàn toàn và

t n d ng s n ph m đào móng các công trình

Mái th ng l u đ p đ c gia c ch ng s t l b ng các t m bê tông c t thép M200 dày 30cm N i ti p gi a l p gia c và thân đ p là l p l c b ng cát, s i

Mái h l u đ p đ c gia c b ng tr ng c N i ti p gi a l p gia c và thân

đ p là l p l c b ng cát, s i T i chân mái đ p và c đ p xây d ng các rãnh thoát

Hình th c là đ p bê tông tr ng l c, cao trình đ p 56.5 m

p dài kho ng 120.0m, chi u cao l n nh t kho ng Hmax= 41.0 m nh đ p

B n đáy b ng BTCT M25, dày 2.0m

M t th ng l u b ng BTCT M25 đ n cao trình 40.0, t cao trình 40 lên m t

đ p (cao trình 56.5) b ng BTCT M20

Thân đ p b ng BT M15 và đ c b trí 2 hành lang ki m tra b=2.5m, h=3.5m

N i ti p hai đ u đ p không tràn là đ t đ p có cao trình đ nh 56.5m Mái

th ng l u có m =3.5, b o v mái b ng t m BTCT M20 đ t i ch dày 20cm Mái

h l u m =3.0, b o v b ng tr ng c trong khung bê tông

c Tràn x l

Hình th c và qui mô: Tràn có đi u ti t, quy mô 7 c a x m t (nxBxH

=7x12.0x3.4m) n i ti p d ng d c n c v i đ d c i = 7.1%, chuy n ti p xu ng b tiêu n ng b ng m t đo n b c n c dài 23m có đ d c mái m = 3

Kênh d n th ng l u: dài h n 200m, m t c t hình thang k t h p v i lòng

khe su i; đáy cao đ +24.0m, +30.0m và +44.0m, b bên trái có m = 2, b bên

1m Trên d c có b trí các m nhám gia c ng (Kt 0.35x0.3m) kho ng cách tim

gi a các m nhám là 2.8m T ng bên d c n c là d ng t ng b n ch ng chi u cao

là 4.0m, đ c chia thành các đ n nguyên, m i đ n nguyên dài 14.0m

o n chuy n ti p theo d ng thu h p d n t cao trình +36.4m xu ng cao trình +30m: Dài 23m, r ng 100.8m, đ d c m = 3, k t c u là BTCT M250 có chi u dày là 3m, trên m t đ c có b trí các b c cao 0.75m

B tiêu n ng: K t c u là BTCT M250 dài 30m, r ng 100,8m, cao trình đáy là

+30m T ng bên b tiêu n ng là t ng b n ch ng cao 10m, chi u dày b n đáy bi n

đ i t 1.5m ÷ 0.8m

o n kênh chuy n ti p đ c n i t cu i bê tiêu n ng đ n đ u kênh x : dài

310m, có m t c t hình thang; h s mái m = 2 đ c chia ra làm 4 đo n K t c u

b ng BTCT M200

Kênh x h l u (có d ng thu h p d n - b r ng m t c t ti p giáp v i ph n đ u

m i công trình là 100.8m, b r ng m t c t cu i kênh là 53m): N i ti p v i đo n kênh chuy n ti p sau tiêu n ng có chi u dài là 700m; m t c t hình thang; đáy cao trình +30m, b r ng 53m, h s mái m = 2 Gia c b ng BTCT M200 đ n c +40m

1.4.2.4 Công trình l y n c s 1 – Tuynel x l thi công

Xây d ng m t tuy n ng l y n c ph c v cho các nhu c u h du

Xây d ng đ ng h m l y n c đ t t i vai trái đ p chính, t i c a vào v i nhi m v d n dòng thi công có cao đ đáy là +10 m, đ ng h m có đ ng kính D=7 m Sau khi d n dòng k t thúc, đ ng h m có nhi m v d n n c vào nhà máy

th y đi n và d n n c v h du Cao đ ng ng khi v n hành +19.0 m C a vào có

2 c a v i kích th c t ng d n dòng thi công B×H=(4×6)m và kích th c c a v n hành B×H=(2.6×4.0)m C a v n hành th ng l u ch y u là c a s c , c a van

ph ng T i cu i đ ng h m (c a ra) b trí nhà có đ ng lên xu ng đ vào đ ng

h m (sau khi k t thúc d n dòng, đ ng h m tr thành hành lang ki m tra) T i c a

ra đ ng ng thép đ c n i v i đ ng d n chính có k t c u b ng BTCT M200 bên trong lót thép dày 10 ly và đ c chia làm 4 nhánh trong đó, 3 nhánh v i đ ng kính

m i ng D1=2.2 m d n vào nhà máy th y đi n còn 01 nhánh v i đ ng kính D2=3.0 m d n th ng ra h l u nhà máy có nhi m v d n n c v h du khi các t máy th y đi n ng ng ho t đ ng đ b o d ng Cu i đ ng ng d n n c v h du

đ c l p đ t m t van côn đi u ti t và đóng m b ng th y l c

1.4.2.5 Nhà máy th y đi n

Xây d ng nhà máy th y đi n đ t sau đ p, t i vai trái đ p chính có 3 t máy công su t m i t là 5.0 MW v i t ng công su t l p máy là 15 MW

1.4.2.6 Công trình l y n c s 2

Công trình l y n c s 2, l y n c t i cho H ng s n và V Quang đ c xây d ng m t đ ng h m l y n c ph c v t i cho 4678 ha đ t canh tác c a huy n V Quang và H ng S n t t i eo núi bên vai trái đ p chính, hình th c tròn có kích th c đ ng kính D=2 m Cao trình ng ng c a vào +20m, th ng l u

Hình 1.1 Các thông s k thu t công trình chính

C p công trình

H ng m c n v Quy mô công trình

H ng m c n v Quy mô công trình

H ng m c n v Quy mô công trình

Ki u c a b ng thép và đóng m

b ng th y l c

van cung

van cung

H ng m c n v Quy mô công trình

− C p n c sinh ho t, ch n nuôi và công nghi p, th y s n, môi tr ng, đ m

b o t n su t P = 90%

Ch ng 2 K T QU THÍ NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C C U

KHE TRÍ HI N TR NG

2.1 Mô hình hóa thí nghi m

Nghiên c u thí nghi m mô hình c u Khe Trí nh m:

- Xem xét kh n ng thoát l c a c u khi l u l ng trên Khe Trí t i C u Khe Trí có xét đ n quá trình x l c a tràn Ngàn Tr i;

- Xác đ nh các thông s th y l c, n i ti p tr c và sau c u…đánh giá tình hình xói l lòng sông, hai bên b khu v c c u; các v trí tr c u;

- Di n bi n thu l c d c tuy n trên đo n sông có c u Khe Trí t ng ng v i các ch đ l u l ng v các y u t th y l c: Q, v, p, z … làm c n c cho vi c đánh giá m c đ thoát l , m c đ ch u đ c l c a c u theo hi n tr ng, làm c s cho gia

c b o v khu v c c u, v trí các tr c u; các v trí xung y u hai b

2.1.2 N i dung nghiên c u thí nghi m:

C u Khe Trí v i k t c u hi n tr ng khi ch u nh h ng b i quá trình x l u

l ng qua tràn, ng v i m i tr ng h p m c n c thí nghi m cho các ph ng án ta

ti n hành nghiên c u các n i dung:

- Nghiên c u đ ng m t n c trên đo n sông phía tr c và sau c u

- Xác đ nh sóng trên sông và hai b ng v i các ch đ x l khác nhau trong

đo n sông có c u

- Xác đ nh ch đ thu l c dòng ch y trên đo n sông, khu v c tr c và sau

c u giao thông v i các t h p l u l ng và m c n c khác nhau;

- Xác đ nh l u t c trung bình theo m t c t d c sông phía tr c và sau c u,

- ánh giá kh n ng xói l hai bên b sông khu v c phía tr c và sau c u

2.1.3.1 Lo i mô hình

C n c yêu c u m c đích thí nghi m, c n c vào b n đ đo v hi n tr ng khu

v c lòng sông và khu v c c u Khe Trí , mô hình đ c xây d ng là mô hình chính thái, t ng th , lòng không xói

idem Fr

m gh

Nh v y: mô hình t ng th c u Khe Trí i áp d ng tiêu chu n Froude; T l

mô hình λL =50 là đ m b o cho đi u ki n dòng ch y tr ng thái t đ ng mô hình

đ ng th i đ m b o đi u ki n làm vi c bình th ng cho b trí các thi t b đo m i

v trí V i t l đó ta có b ng các t l :

Mô hình c n th hi n su t chi u dài ph n th ng l u và h l u c u Khe Trí

đ m b o mô ph ng t ng t th c t các hi n t ng trên mô hình; chi u cao đ a hình

c n th hi n t cao trình th p h n đáy sông h l u đ n trên m c n c c n thí nghi m, v i chi u cao t cao trình +5m đ n +45.0m

- Chi u dài mô hình: Phía th ng l u c u dài 980m, phía h l u c u (K c ph n

bãi b i đ i di n c a ra c a Khe Trí ) 420m nh v y t ng chi u dài mô hình là

L

28 50

1400 =

=

∑

các đo n quá đ l ng n c c a vào, c a ra h l u, do đó trong mô hình ch n chi u dài ΣLmh=32.0m

đ m b o h ng dòng ch vào mô hình, đo n đ u mô hình còn có đo n quá đ đ l ng n c, cu i mô hình sau c a đuôi còn có đo n máng d n n c v

M t b ng b trí mô hình (Xem Hình 2.1)

b V t li u xây d ng mô hình

+ Ph n đ a hình lòng sông phía th ng, h l u c u (Khe Trí , sông Ngàn

Tr i) trong th c t có đ nhám n=0.025÷0.030 nên trong mô hình khu v c này

v t li u ch n có đ nhám là: 0 01303 0 01563

9194 1

03 0 025

1

018 0 016

công ch t o và đ thu n ti n cho vi c quan sát dòng ch y

2.1.3.4 Các thi t b s d ng trong thí nghi m

Máy th ng b ng đ chính xác cao Ni-005

Các kim đo m c n c đ chính xác cao H1-8, và H1-3 di đ ng, c đ nh, và

hi n s do Amfield - Anh s n xu t

Thi t b đo chính:

- Thi t b khoa h c Hà Lan s n xu t:

- Máy đo l u t c ki u đi n t PEMS-E30, và E-40

- u đo l u t c ki u ng CM-10S-0071

- Máy đo l u t c cánh quay WVM

- Máy đo m c n c thay đ i GHM

- B l u tr và x lý s li u TDS-303

- Máy tính, máy in …

Thi t b Anh, M , Nh t s n xu t:

- u đo áp l c, chuy n v , áp su t, bi n d ng và rung đ ng

- Thi t b thí nghi m th m (Drainage and seepage Tank)- Amfield - Anh s n

xu t

Nhi u thi t b trên đây thu c vào s hi n đ i hi n nay, có kh n ng thu nh n tín hi u, x lý t đ ng, k t n i và xu t s li u theo yêu c u ng i s d ng m t cách thu n l i, có th đo tr s t c th i và trung bình theo các kho ng th i gian b t k

2.1.4 Trình t thí nghi m mô hình

Công tác thí nghi m đ c ti n hành trên mô hình lòng c ng theo các trình t sau:

Thí nghi m ki m nghi m mô hình theo các ph ng án

Thí nghi m ki m tra các thông s theo đ án

Thí nghi m các ph ng án s a đ i trên mô hình

Thí nghi m khi có s hi u ch nh các k t c u, b trí đ đi đ n hoàn thi n Qua các k t qu thí nghi m trên s rút ra nh ng k t lu n và ki n ngh

2.1.5 B trí m t c t đo

C n c yêu c u thí nghi m, n i dung nghiên c u, ngoài vi c xác đ nh các n i dung:

- Nghiên c u đ ng m t n c trên đo n sông phía tr c và sau c u

- Xác đ nh sóng trên sông và hai b ng v i các ch đ x l khác nhau trong đo n sông có c u

- Xác đ nh ch đ thu l c dòng ch y trên đo n sông, khu v c tr c và sau c u giao thông v i các t h p l u l ng và m c n c khác nhau;

- Xác đ nh l u t c trung bình theo m t c t d c sông phía tr c và sau c u,

- Xác đ nh l u t c m ch đ ng dòng ch y t i các v trí t ng ng

- Xác đ nh áp su t đ ng t i khu v c c u, 2 bên b sông t i các v trí xung y u

- Thí nghi m nghiên c u ch đ n i ti p dòng ch y h l u và khu v c c u

- ánh giá kh n ng xói l hai bên b sông khu v c phía tr c và sau c u

- Xác đ nh giá tr l u t c trung bình thu tr c t i các m t c t,

- Quan sát, so sánh tình hình thu l c trong các tr ng h p n c tràn qua c u và

đ ng H Chí Minh v i tr ng h p n c khoang tràn qua c u và đ ng

- Xác đ nh kh n ng xói b i vùng c a l y n c

đáp ng các n i dung đo đ c đã nêu, trên mô hình đo n sông t th ng

l u đ n h l u b trí 14 m t c t ngang Khe Trí và 2 m t c t ngang sông Ngàn

Tr i, ng v i m i m t c t t i t ng v trí mà s th y tr c t 3-9 th y tr c (Hình 2.1

và B ng 2.1)

1 2 3 4

9 8 7 6 5 4 3 2 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8

1 3 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 4

5 5 4 2

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5

1

3

3 4 5

4

5

6 7 8

12

13

13 14

B ng 2.2 B ng v trí các m t c t và s th y tr c trên m i m t c t

S T.Tr c

Ghi chú

13 MC 12A Cách tim c u v th ng l u Khe Trí -4.25 m 5

1- M t c t đo vuông góc v i dòng ch y, kho ng cách (xác đ nh v trí) các

m t tính theo đ ng vuông góc đ c tính b i đ ng th ng qua tim c u v i đ ng

th ng qua đi m trung đi m m t c t và song song v i tim c u

2 - Giá tr mang d u '+" là v H l u, mang d u "-" là v phía th ng l u.Khi

đo l u t c dòng ch y và đ ng m t n c thì tùy c p l u l ng mà s th y tr c thay

đ i sao cho phù h p (lo i đi nh ng th y tr c không ng p n c), trên các m t c t thì

m i m t c t đo ng v i m i thu tr c đo các y u t nh nhau nh :

Khi xác đ nh l u h ng dòng ch y: xác đ nh l u h ng dòng ch y ta dùng các ch t ch th màu th xu ng và quan sát, ho c dùng h t x p nh th và quan sát mô t hi n t ng dòng qu n, khu v c có th gây b i l ng dùng các ch t ch

th màu ho c phao n i nh gi y, x p đ xác đ nh;

Khi đo sóng d nh: đo hai bên b ng v i m c n c th p nh t và cao nh t Khi đo l u t c dòng ch y: 1 th y tr c đo 3 đi m (0.2H, 0.6H, 0.8H)

Khi đo đ ng m c n c c n đo 1 đi m ng v i 1 th y tr c

Trong thí nghi m mô hình đ kh ng ch hai biên đ u vào và đ u ra ta b trí 2

tr m kim đo m c n c là:

Kim đo s 1: đo m c n c đ u mô hình (Ki m tra m c n c th ng l u) Kim đo s 2: đo kh ng ch m c n c cu i mô hình (cách ngã ba Khe Trí – Ngàn Tr i v h l u 150m)

2.1.6 ánh giá sai s k t qu đo

Mô hình t ng th c u Khe Trí đ c xây d ng theo d ng mô hình chính thái

v i t l mô hình λL=50 Tuy nhiên, vi c gia công đ u m i c ng nh xây d ng mô hình không th đ m b o chính xác tuy t đ i mà v n còn nh ng sai s ánh giá sai

s c a công tác xây d ng và ch t o c ng nh sai s các thi t b quan tr c cho

n

∑

= 1

- Chu n m ch đ ng l u t c và áp su t:

( ) ( )

n

U U U

U D

'

n

P P P

P D

=

=

2 2

' '

- C ng đ r i, c ng đ m ch đ ng áp su t:

( )

U

U D

P

'

=σ

ánh giá sai s các k t qu đo đ c:

- Sai s v đ a hình và các cao đ khác t i đi m kh ng ch : ±0,3÷±0,5mm quy

- Sai s v cao đ m t n c c a dòng ch y, đ sâu dòng ch y: ±1.0mm t ng

ng 4.0cm th c t (kim đo c đ nh có g n duxich cho phép đ c phân bi t đ n 0.1mm); khi đo sóng: ±3.5mm đ n ±5mm

V n t c m ch đ ng, áp l c m ch đ ng theo sai s c a máy đo là 1%

- Sai s v l u l ng: Sai s khi đo l u l ng qua đ p tràn hình ch

nh t m ng

+ Sai s do công th c tính: (Công th c Reybhock): 0 01

1 ,

=

∆ Q Q

+ Sai s do ch t o l p đ t c t n c đ p l ng:

H

H B

B Q

Q =∆ + ∆

∆

2 3

2

; Trên mô hình tuy nen s d ng máng l ng thành m ng có B=100cm Sai s

do ch t o ∆B=0.5cm C t n c thí nghi m tr c máng trung bình là 10cm, sai s

∆H=0.01cm nên có sai s do ch t o là:

01 0 0075 0 10

01 0

* 2

3 100

5 0 2

3

2

≈

= +

=

∆ +

B Q

Q

+ C ng sai s v l u l ng : 0 01 0 01 0 02 2 %

2 1

=

= +

=

∆ +

∆

=

∆

Q Q Q

Q Q Q

2.1.7 S li u ph c v thí nghi m mô hình

L u l ng đ nh l (m3

/s) trên các nhánh sông t i ngã 3 Ngàn Tr i, Khe Trí theo

t n su t đ c ghi trong B ng 2.3, Quan h m c n c l u l ng t i h l u c u Khe Trí ghi trong B ng 2.4

B ng 2.3 L u l ng trên các nhánh sông t i ngã 3 Ngàn Tr i Khe Trí (m3

B ng 2.4 Quan h Q~Z trên sông Ngàn Tr i

quan hệ q~z hạ lưu SAU NGã BA KHE TRí - sông ngàn trươi

Hỡnh 2.2 Quan h Q~Z trờn sụng Ngàn Tr i, cỏch ngó 3 v i Khe Trớ 150m

2.2 Khỏi quỏt chung cỏc ph ng ỏn hi n tr ng

- Xỏc đ nh đ ng m c n c d c tuy n sụng phớa tr c và sau c u

- Nghiờn c u xỏc đ nh súng t ng ng v i cỏc c p l u l ng khu v c sụng

và hai bờn b trong ph m vi c u

- Xác đ nh ch đ thu l c dòng ch y trên đo n sông, khu v c tr c và sau

c u Khe Trí v i các t h p l u l ng và m c n c khác nhau;

- Xác đ nh l u t c trung bình theo m t c t d c sông phía tr c và sau c u

- Xác đ nh l u t c m ch đ ng dòng ch y

- Xác đ nh áp su t đ ng t i khu v c tr c u và 2 bên b sông

- Thí nghi m nghiên c u ch đ n i ti p dòng ch y h l u và khu v c c u

- ánh giá kh n ng xói l hai bên b sông khu v c phía tr c và sau c u

2.3 K t qu thí nghi m kh n ng thoát l qua c u

đánh giá kh n ng thoát n c c a c u khi x l qua tràn Ngàn Tr i, mô hình

đã đ c thí nghi m v i 05 c p l u l ng, k t qu đo đ c m c n c tr c và sau c u

t i đi m cao nh t và th p nh t ghi B ng 2.5

B ng 2.5 K t qu thí nghi m cao trình m t n c t i m t c t tr c và sau c u

(m3/s)

P (%)

Zmax

tr c c u (m)

Zmaxsau c u (m) Th ng h l u (m) Chênh l ch

T b ng s li u trên ta v đ c đ ng quan h Q~Zmaxtr c c u (Hình 2.3)

- Qua s li u và đ ng quan h ta th y kh n ng khi x l v i l u l ng l n

Quan h QTran~Zmax

Poly (Quan h QTran~Zmax)

Poly (Quan h Q Khe Tris~Zmax)

chính thay đ i h ng ch y đ t ng t m t góc 90o khi n dòng ch y đi th ng vào m

c u bên ph i t i dây dòng ch y b ch n l i b i d m c u và m c u sinh ra sóng, làm

đ ng ng p sâu trong n c 1.0÷ 1.20m, bên trái ch y m nh và xi t h n bên ph i Cùng v i hi n t ng đó là kh n ng thoát n c t i 2 khoang c u có khác nhau, do dòng ch y l ch dòng sang ph i, nên n c ch y ch y u bên khoang ph i và 1/3 khoang bên trái

- V i Q=2680 (m 3

/s) m c n c cao nh t trên dòng ch y đ t t i cao trình

∇20.40m, v i m c n c nh th đ ng H Chí Minh t i v trí bên trái c u ng p sâu trong n c t 0.50 ÷ 0.75 m, còn t i bên ph i m c n c d p d nh lúc lên lúc xu ng

Dòng ch y ch l u b l ch sang ph i (n m trong th y tr c 2-3 c a m t c t 13

và m t c t 14) do tác đ ng c a l trên sông Ngàn Sâu

- V i Q=2549 m 3

/s T i v trí gi a m t c t m t c t s 2 và m t c t s 3 (cách

m t c t s 3 kho ng 75m theo chi u dòng ch y) do đ a hình nên sinh do m t d c

n c t nhiên chi u r ng kho ng 40 đ n 750 m, chi u dài kho ng 55-60m và sinh ra

hi n t ng n c nh y sóng làm l u t c t i đây khá l n đ t kho ng 6.066 (m/s) và

gi m nhanh sau (đó xu ng còn t 1-3m/s) khi dòng ch y g p m t vùng đ a hình

r ng l n t ng đ i b ng ph ng

T i m t c t tr c c u (m t c t 12), bên ph i m c n c m p mé đ ng H Chí Minh ch tràn qua khi có sóng, còn bên trái v n có hi n t ng tràn qua đ ng nh ng không nhi u t 5÷10cm

i v i 2 c p l u l ng ki m tra và thi t k , dòng ch y trên Khe Trí r t m nh

và đ u gây ra hi n t ng tràn b và c u T i hai bên c u trên đ ng H Chí Minh

m t đ ng g p sâu trong n c x p x 1m, nh ng bên ph i cao h n bên trái Trên

c u do cao trình d m c u ∇17.55m nên t i đây n c b ch n l i gây ra sóng và làm dâng cao trình m t n c t i v trí này có v trí cao h m m t c u lên đ n 2m

H l u sau c u m c n c có nh ng v trí th p h n m c n c tr c và sau c u chênh nhau lên đ n 2.5m

B ng 2.7 ng m t n c trung bình d c tuy n công trình

3 /s)