NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY, BÙN CÁT, LÒNG DẪN Ở ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH TRÊN SÔNG CỬU LONG

MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN  Mục đích nghiên cứu 1- Nghiên cứu mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn..  N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM



HỒ VIỆT CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY, BÙN CÁT, LÒNG DẪN Ở ĐOẠN SÔNG PHÂN

LẠCH TRÊN SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 62–58–02–02

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – NĂM 2015

Footer Page 1 of 148.

Công trình được hoàn thành tại:

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Lê Mạnh Hùng

2 PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Trung Việt

Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đình Lương

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Hà Nội

- Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Footer Page 2 of 148.

MỞ ĐẦU

0.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

Trên các sông vùng ĐBSCL hiện có rất nhiều đoạn sông phân lạch, những biến đổi về dòng chảy và diễn biến hình thái của chúng đã gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới đời sống, môi trường của người dân trong vùng Điển hình nhất là các đoạn phân lạch khu vực cù lao Ông Hổ (sông Hậu), cù lao Long Khánh (sông Tiền), cù lao An Bình (sông Cổ Chiên), cù lao Đồng Phú (sông Tiền),… Trong những năm qua, biến động lòng dẫn và sự phát triển mạnh của lạch chính trên các đoạn sông này làm xói sâu lòng dẫn và thường xuyên gây sạt lở, nhiều nhà cửa, đường giao thông, công trình và cơ sở hạ tầng ven sông bị sụp đổ xuống sông, gây ra các thiệt hại rất nặng nề Ngược lại, trên các lạch phụ, hiện tượng bồi lấp và hình thành các

cù lao, bãi nổi mới gây tắc nghẽn thoát lũ, cản trở giao thông thủy, ngập lụt, ô nhiễm môi trường và về lâu dài có nguy cơ sẽ bị lấp lạch

Ở Việt Nam mặc dù hoạt động khai thác cát trên sông, nhất là khai thác cát ở các đoạn sông phân lạch đang rất sôi động, song cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của hoạt động khai thác cát tới chế độ thủy động lực dòng chảy, bùn cát, để phục vụ cho việc chỉnh trị ổn định lâu dài đoạn sông phân lạch

Với yêu cầu của thực tiễn cần ổn định các đoạn sông phân lạch, cũng như nhu cầu về khai thác cát để phục vụ các ngành kinh tế xã hội NCS đã lựa chọn đề

tài luận án “Nghiên cứu tác động của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến sự biến đổi dòng chảy, bùn cát, lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch trên sông Cửu Long” mong muốn sẽ đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào lĩnh vực chỉnh trị

sông, mà cụ thể là khai thác cát kết hợp với nạo vét để chỉnh trị đoạn sông phân lạch ở vùng ĐBSCL

0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

Hình thái dòng sông là sản phẩm của quá trình tương tác giữa dòng chảy và lòng dẫn, với yếu tố trung gian là các quá trình vận chuyển và phân bố bùn cát Nếu một trong những yếu tố trên thay đổi thì sẽ gây hiệu ứng làm thay đổi các yếu

tố khác Khi khai thác cát kết hợp với nạo vét lòng sông ở đoạn sông phân lạch sẽ làm thay đổi hình dạng, kích thước mặt cắt,… và như vậy tỷ lệ phân lưu dòng chảy, chế độ thủy lực, bùn cát của đoạn sông phân lạch sẽ bị thay đổi theo Luận án

sẽ nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố dòng chảy, yếu tố bùn cát với các đặc trưng hình thái của lòng dẫn trong điều kiện có sự ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát Đây là một vấn đề mới, ở Việt Nam hiện chưa có đề tài luận

án nào đi sâu nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh tỷ

lệ phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát vào các lạch của đoạn sông phân lạch Qua đó xác định được quy mô khai thác cát, kết hợp nạo vét chỉnh trị nhằm điều hòa dòng chảy, ổn định lòng dẫn cho đoạn sông

Đề tài nghiên cứu đề cập tới vấn đề khai thác tài nguyên thiên nhiên (cát sông) kết hợp nạo vét, tạo lòng dẫn thông thoáng, đáp ứng yêu cầu thoát lũ, giao thông thủy, Đồng thời giữ ổn định cho đoạn sông phân lạch (đoạn sông thường không ổn định, luôn có sự tranh chấp giữa lạch chính và lạch phụ) là hết sức có ý nghĩa về mặt khoa học và mang tính ứng dụng thực tiễn cao

Footer Page 3 of 148.

0.3 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

 Mục đích nghiên cứu

1- Nghiên cứu mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn Từ đó làm cơ sở khoa học cho việc định hướng các giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch đơn

2- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy lực dòng chảy và diễn biến hình thái ở đoạn sông phân lạch đơn, làm cơ

sở đề xuất kỹ thuật nạo vét và khai thác cát hợp lý, hiệu quả và đảm bảo sự ổn định chung cho toàn đoạn sông

 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết lập các công thức cơ bản mô tả mối quan

hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với các yếu tố đặc trưng thủy lực, đặc trưng hình thái của đoạn sông phân lạch đơn

- Phân tích và xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa các đặc trưng thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của các đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long

- Tính toán và đánh giá ảnh hưởng của việc nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch, sự thay đổi về chế độ thủy lực, bùn cát và hình thái của các đoạn sông phân lạch đơn

- Nghiên cứu các giải pháp, phương án nạo vét khai thác cát hợp lý, kết hợp với chỉnh trị để ổn định lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch đơn

- Đối tượng nghiên cứu của luận án là các sông phân lạch ở vùng ĐBSCL, tập trung nghiên cứu tại một số đoạn phân lạch điển hình và là các trọng điểm khai thác cát trên sông Tiền và sông Hậu

- Luận án chỉ tập trung nghiên cứu về sự biến đổi của các yếu tố dòng chảy, bùn cát và lòng dẫn của đoạn sông phân lạch đơn do ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát

Luận án đã sử dụng tổng hợp một số phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp kế thừa để thu thập các tài liệu, số liệu cơ bản, hệ thống hóa và xử lý các kết quả nghiên cứu có liên quan ; Phương pháp điều tra khảo sát thực địa nhằm bổ sung các tài liệu, số liệu mới, tình hình hiện trạng của các đoạn sông phân lạch để phục vụ công tác nghiên cứu, phân tích và kiểm tra kết quả tính toán ; Phương pháp chỉnh lý và phân tích số liệu thực đo ; Phương pháp mô hình toán và mô hình vật lý ; Phương pháp chuyên gia để tham vấn ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong từng nội dung nghiên cứu của luận án

1- Xây dựng được công thức lý thuyết và các công thức thực nghiệm ở dạng rút gọn có thể sử dụng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β), tỷ lệ phân chia bùn cát (S) vào các lạch cho đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long dựa trên các thông

số cơ bản về lòng dẫn (chiều rộng B, độ sâu H, chiều dài lạch L và diện tích mặt cắt ướt A) của đoạn sông

2- Xây dựng được biểu đồ quan hệ để đánh giá hiệu quả của việc nạo vét nhằm điều chỉnh tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông phân lạch đơn ở vùng ĐBSCL

3- Xác định được mức độ, phạm vi, vị trí khai thác cát tối ưu và đề xuất các giải pháp chỉnh trị thích hợp cho đoạn sông phân lạch đơn khu vực thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang

Footer Page 4 of 148.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÁC ĐỘNG CỦA KHAI THÁC CÁT VÀ CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH

1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHAI THÁC CÁT

Cát sỏi lòng sông là một dạng tài nguyên khoáng sản của mỗi quốc gia, đó là nguồn vật liệu chính trong xây dựng cơ sở hạ tầng, san lấp mặt bằng, chế tạo thủy tinh, trang trí mỹ thuật,… Tùy theo trữ lượng cũng như nhu cầu khai thác sử dụng nguồn tài nguyên này ở mỗi quốc gia, mà vấn đề khai thác cát và nghiên cứu về những ảnh hưởng của khai thác cát được quan tâm theo các mức độ rất khác nhau

Ở các nước phát triển như Mỹ, Châu Âu, Úc, do đã có thời gian dài nghiên cứu và hoàn thiện kỹ thuật, công nghệ, nên việc quản lý và khai thác cát được tiến hành rất quy củ, bài bản

Nghiên cứu ảnh hưởng của khai thác cát ở Việt Nam thực tế mới được quan tâm khoảng hơn 10 năm trở lại đây, tức là từ khoảng năm 2000 tới nay So với các nghiên cứu khác thì các nghiên cứu về khai thác cát và những ảnh hưởng của nó không nhiều lắm, có thể tổng hợp thành một số hướng nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu đánh giá về tình hình khai thác cát và ảnh hưởng của khai thác cát tới môi trường sinh thái chung

- Nghiên cứu tác động của khai thác cát tới chế độ thủy động lực lòng dẫn của đoạn sông

- Nghiên cứu cơ chế chính sách và các quy định cho việc khai thác cát để giảm thiểu các tác động bất lợi

Hướng nghiên cứu thứ nhất có số lượng nhiều nhất Hướng nghiên cứu thứ hai mang tính chuyên môn sâu của lĩnh vực động lực sông có số lượng nghiên cứu rất ít và kết quả mang lại còn hạn chế Trên cơ sở của hai hướng nghiên cứu trên, các nhà quản lý đề xuất các quy trình, quy định, chính sách cho hoạt động khai thác cát

1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH

1.2.1 Tình hình nghiên cứu về sông phân lạch trên thế giới

Cho đến nay hầu hết các nghiên cứu cơ bản, chuyên sâu về sông phân lạch chủ yếu tập trung ở một số nước phát triển như: một số nước Âu Mỹ, Trung Quốc

và Liên Xô trước đây Ngoài ra các nghiên cứu về chỉnh trị sông phân lạch chủ yếu được thực hiện ở những nước có nhiều sông phân lạch, phát sinh nhiều vấn đề thực tiễn do ảnh hưởng của sông phân lạch như Trung Quốc, Ấn Độ, Sri Lanka, Hiện

có 3 hướng nghiên cứu chủ yếu về sông phân lạch là:

(1) Dựa vào chế độ thủy động lực dòng chảy của đoạn sông để nghiên cứu,

dự báo biến động sông phân lạch

(2) Dựa vào các yếu tố hình thái để nghiên cứu, dự báo diễn biến hình thái sông phân lạch

Hai hướng nghiên cứu trên sẽ là cơ sở cho hướng nghiên cứu thứ ba (có thể nghiên cứu kết hợp cả 2 hướng trên), đó là:

(3) Nghiên cứu chỉnh trị đoạn sông phân lạch

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về sông phân lạch ở Việt Nam

Nghiên cứu về động lực học dòng sông ở Việt Nam nói chung, chỉ bắt đầu được quan tâm, phát triển từ sau khi giải phóng miền Bắc 1954 Mặc dù trên các hệ

Footer Page 5 of 148.

thống sông lớn ở Việt Nam như sông Hồng - Thái Bình, sông Mã, sông Cả, sông

Vu Gia - Thu Bồn, sông Cửu Long, sông Sài Gòn - Đồng Nai, có rất nhiều đoạn sông phân lạch, song cho đến nay những nghiên cứu cơ bản liên quan tới vấn đề này còn rất ít Những năm gần đây do yêu cần cấp thiết của thực tế đã xuất hiện một số nghiên cứu ứng dụng để phục vụ việc chỉnh trị, giữ ổn định cho một đoạn sông phân lạch cụ thể

1.3 NHẬN XÉT CHUNG VỀ CÁC THÀNH TỰU VÀ TỒN TẠI TRONG

NGHIÊN CỨU SÔNG PHÂN LẠCH VÀ KHAI THÁC CÁT 1.3.1 Các thành tựu nghiên cứu đạt được

Hiện nay, các nghiên cứu về khai thác cát và ảnh hưởng của nó được quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam, vì ở đó nhu cầu khai thác cát phục vụ phát triển KTXH tăng cao và vì vậy ảnh hưởng của các hoạt động khai thác cát tới môi trường tự nhiên và xã hội cũng hết sức phức tạp và đây là một vấn đề rất nóng ở các quốc gia này

Đối với sông phân lạch, mặc dù các nghiên cứu chưa có nhiều và chưa sâu

do tính chất phức tạp của nó, song các nghiên cứu về sông phân lạch cũng đã đạt được những thành tựu khoa học nhất định Trong 3 hướng nghiên cứu chính về sông phân lạch là: Nghiên cứu về chế độ thủy động lực dòng chảy; Nghiên cứu về hình thái và diễn biến hình thái; Nghiên cứu chỉnh trị sông phân lạch thì hướng thứ hai và hướng thứ ba đã đạt được nhiều thành tựu hơn cả Những nghiên cứu mang tính cơ sở về sông phân lạch đã được các nhà khoa học Âu Mỹ, Nga, Trung Quốc đưa ra từ nửa cuối của thế kỷ trước và tập trung nhiều vào nghiên cứu hình thái Từ

đó đặt nền móng cho các nghiên cứu sâu hơn, rộng hơn sau này

Nghiên cứu về sông phân lạch ở Việt Nam trong vài chục năm gần đây cũng

đã thu được những thành tựu đáng khích lệ, nhất là các nghiên cứu về chỉnh trị sông phân lạch Những công trình chỉnh trị sông phân lạch ở miền Bắc và trên sông Cửu Long trong thời gian qua mặc dù là các công việc khó khăn phức tạp, song ở một số khu vực trọng điểm chúng ta cũng đã chỉnh trị ổn định được đoạn sông Thành công lớn nhất trong nghiên cứu chính là từ các nhiệm vụ cụ thể đã thu được nhiều kinh nghiệm quý báu về chỉnh trị sông phân lạch

1.3.2 Những vấn đề tồn tại (liên quan đến nội dung luận án)

Trong các nghiên cứu về sông ngòi, thì những nghiên cứu về sông phân lạch đến nay vẫn còn ở mức độ khiêm tốn so với sông đơn dòng Vấn đề tương tác động lực giữa hai nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát của các phân lạch vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu, làm rõ

Đối với các nghiên cứu về khai thác cát và ảnh hưởng của khai thác cát cho đến nay còn mang nhiều tính định tính hơn là định lượng chi tiết Trong khai thác cát khoa học, cần nghiên cứu sự ổn định đoạn sông với các quan hệ hình thái, dòng chảy được xác định là tiêu chuẩn để từ đó định hướng cho khai thác cát thực hiện theo các tiêu chuẩn này Như vậy vừa đạt được mục tiêu chỉnh trị ổn định đoạn sông, vừa đạt được mục tiêu khai thác cát và lớn hơn cả là hạn chế tới mức tối đa những tác động bất lợi của khai thác cát gây ra đối với dòng sông

Từ các vấn đề tồn tại đối với việc khai thác cát, mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định là việc nghiên cứu gắn kết giữa vấn đề chỉnh trị lòng dẫn để

ổn định đoạn sông phân lạch với việc khai thác cát hợp lý nhằm khắc phục những bất cập về khai thác cát hiện nay

Footer Page 6 of 148.

1.4 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1.4.1 Xác định các vấn đề nghiên cứu

Luận án nghiên cứu những vấn đề sau:

1- Nghiên cứu các đặc trưng về dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của đoạn sông phân lạch Trong đó đi sâu tìm hiểu và xây dựng mối quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với các yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái của đoạn sông phân lạch đơn (đoạn sông chỉ có 2 lạch) từ việc phân tích, chỉnh

lý số liệu thực đo

2- Nghiên cứu sự biến động về chế độ thủy lực dòng chảy, diễn biến lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch đơn do ảnh hưởng của các hoạt động nạo vét khai thác cát, bằng việc tính toán mô phỏng trên mô hình toán và phân tích kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý

3- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tiễn để tính toán và đề xuất phương án khai thác cát hợp lý, kết hợp được giữa khai thác cát và nạo vét chỉnh trị lòng dẫn để ổn định lâu dài cho một đoạn sông phân lạch đơn điển hình trên hệ thống sông Cửu Long

1.4.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Luận án sẽ lấy đoạn sông phân lạch đơn làm đối tượng nghiên cứu và chỉ hạn chế khu vực nghiên cứu là sông phân lạch đơn tại các khu vực ít ảnh hưởng của thủy triều ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

Luận án chỉ nghiên cứu các mối quan hệ của dòng chảy một chiều từ thượng lưu về hạ lưu (dòng chảy theo chiều dương +) và không xét đến các ảnh hưởng của dòng triều trong khu vực nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về các giải pháp nạo vét và khai thác cát được đề xuất trong luận án chỉ tập trung phân tích, đánh giá về hiệu quả kỹ thuật và không đề cập sâu về hiệu quả kinh tế xã hội của giải pháp

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Qua phân tích tổng quan các thành tựu nghiên cứu về sông phân lạch và khai thác cát ở trong và ngoài nước, có thể rút ra các kết luận sau:

Nghiên cứu về sông phân lạch đã đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu

cơ bản, cũng như nghiên cứu ứng dụng Nhiều công thức cơ bản, quan hệ thực nghiệm về sông phân lạch đã được thiết lập và là tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng thành công đối với các công trình chỉnh trị thực tế Tuy nhiên các vấn đề về tương tác động lực giữa các nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát của đoạn sông phân lạch nói chung và đoạn sông phân lạch đơn nói riêng vẫn chưa được làm rõ và cần được tiếp tục nghiên cứu

Những nghiên cứu về khai thác cát đã được ứng dụng vào thực tiễn làm cơ

sở khoa học để xây dựng các quy trình, quy phạm kỹ thuật phục vụ công tác quản

lý và cấp phép khai thác cát Nhưng hầu hết các nghiên cứu này mới chỉ đề cập đến ảnh hưởng của khai thác cát đối với các vấn đề môi trường, xã hội và còn ít các nghiên cứu chuyên sâu về tác động của KTC đến sự biến đổi chế độ thủy lực dòng chảy, bùn cát và diễn biến hình thái của đoạn sông

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các thành tựu và những tồn tại có liên quan đến đề tài luận án NCS đã xác định được vấn đề, phạm vi và đối tượng nghiên cứu của luận án Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu sẽ được trình bày

trong Chương II của luận án

Footer Page 7 of 148.

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC, HÌNH

THÁI CƠ BẢN 2.1.1 Định nghĩa và phân loại đoạn sông phân lạch

Những đoạn sông mà dòng chảy tách, nhập thành nhiều lạch bởi các cồn bãi bồi tụ trong lòng dẫn được gọi là sông phân lạch, để thuận lợi cho việc nghiên cứu thường phân loại sông phân lạch như sau:

- Theo số lạch (số nhánh sông): Theo cách phân loại này có đoạn sông phân lạch đơn, phân lạch kép và đa lạch

- Theo mức độ ổn định: Có đoạn sông phân lạch ổn định tương đối và đoạn sông phân lạch rất không ổn định

Ngoài ra, còn dựa trên hình dạng mặt bằng đoạn sông phân lạch để phân ra đoạn sông phân lạch thẳng cân đối và đoạn sông phân lạch cong, lệch

2.1.2 Các yếu tố thủy lực, hình thái đặc trưng của đoạn sông phân lạch đơn

Hình dưới đây mô tả mặt bằng, mặt cắt ngang và các yếu tố đặc trưng thủy lực, hình thái lòng dẫn của một đoạn sông phân lạch đơn

Hình 2-1 Mô tả mặt bằng và mặt cắt ngang đoạn sông phân lạch đơn

Trong đó mặt cắt I-I là mặt cắt lòng dẫn đoạn sông trước phân lạch, mặt cắt IV-IV là mặt cắt hợp lưu sau phân lạch, mặt cắt II-II trên lạch chính, với lưu lượng dòng chảy Q1, mặt cắt III-III trên lạch phụ, với lưu lượng dòng chảy Q2 Các thông

số thủy lực, hình thái cơ bản của đoạn sông phân lạch gồm:

- Q1, Q2 Lưu lượng dòng chảy lạch chính, lạch phụ

- U1, U2 Lưu tốc trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ TỶ LỆ PHÂN LƯU DÒNG

CHẢY VÀ TỶ LỆ PHÂN CHIA BÙN CÁT CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN

2.2.1 Quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy với các đặc trưng thủy lực, hình

thái của đoạn sông phân lạch đơn

Footer Page 8 of 148.

Đối với đoạn sông phân lạch đơn gồm 2 lạch, lưu lượng dòng chảy tại mặt cắt trước phân lạch bằng tổng lưu lượng dòng chảy vào lạch chính và lạch phụ theo nguyên tắc bảo toàn tổng lượng, tức là:

0

1 1

Q Q

Từ (2-3) có  1 2

1 1

Q Q

Nếu tính hệ số nhám C bằng công thức của Maning C  1n R 6 và thay vào

(2-8), sau một số biến đổi đơn giản ta có:

Với những lập luận tương tự cũng nhận được công thức (2-12), xác định tỷ

lệ phân lưu dòng chảy qua lạch phụ:

1

1 2 2 2

1 1 2 1

1 2 3 2

H B L

L R

R

Trên cơ sở các công thức quan hệ (2-11) và (2-12) ta thiết lập được quan hệ

về tỷ số giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy của 2 lạch như sau:

và độ nhám lòng dẫn của hai lạch

2.2.2 Quan hệ giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy và tỉ lệ phân chia bùn cát của

đoạn sông phân lạch đơn

Lưu lượng dòng chảy và lưu lượng vận chuyển bùn cát của đoạn sông có quan hệ với nhau thông qua biểu thức Qs=Q., theo tác giả Đinh Quân Tùng (Trung Quốc), một cách gần đúng có thể tính toán tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát vào các lạch như sau:

Nếu gọi S là tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát, khi đó:

1

1 2

S S

1 1 1

lệ phân chia bùn cát vào lạch

Footer Page 10 of 148.

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp phân tích số liệu thực đo

Trong luận án, phương pháp chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo được sử dụng để phân tích và xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa các đặc trưng thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng dẫn của các đoạn sông phân lạch đơn trên

hệ thống sông Cửu Long

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kịch bản nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa các lạch, sự thay đổi về chế độ thủy lực dòng chảy, bùn cát và hình thái của các đoạn sông nghiên cứu

+ Mô phỏng một số kịch bản khai thác cát kết hợp nạo vét lòng dẫn ứng với các cấp lưu lượng khác nhau

+ Phân tích biến động về các yếu tố thủy lực dòng chảy, khả năng vận chuyển bùn cát của đoạn sông

+ Phân tích biến động về hình thái (xói/ bồi) lòng dẫn của đoạn sông

- Nghiên cứu các giải pháp, phương án nạo vét khai thác cát hợp lý kết hợp với chỉnh trị để ổn định lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý

Mục đích của nghiên cứu này là việc so sánh kiểm chứng kết quả nghiên cứu của luận án trên mô hình toán với kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý về ảnh hưởng tác động của việc nạo vét và khai thác cát đối với đoạn sông phân lạch đơn Nội dung nghiên cứu gồm: quá trình biến đổi mực nước, lưu tốc theo dọc sông, trường phân bố vận tốc, lưu hướng trên mặt bằng và biến động về tỉ lệ phân chia lưu lượng giữa các lạch theo các phương án nạo vét khai thác cát

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Trong chương này, luận án đã đi sâu nghiên cứu các đặc trưng cơ bản về hình thái lòng dẫn, chế độ thủy lực dòng chảy và quy luật diễn biến của đoạn sông phân lạch đơn Dựa trên cơ sở lý thuyết về thủy động lực học, NCS đã phân tích và dẫn ra các công thức để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy cho đoạn sông phân lạch đơn (công thức 2-11, 2-12 và 2-13, 2-14) phụ thuộc vào các yếu tố đặc trưng hình thái và độ nhám lòng dẫn của hai lạch

Từ công thức xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy, thông qua mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy và lưu lượng vận chuyển bùn cát của đoạn sông, NCS đã dẫn ra công thức xác định tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch (công thức 2-17) phụ thuộc vào tỷ lệ phân lưu dòng chảy và hàm lượng bùn cát của lạch

Cũng trong chương này nghiên cứu sinh đã trình bày phương pháp và thiết lập các mô hình nghiên cứu của luận án Các mô hình ứng dụng đã được hiệu chỉnh, kiểm định và đánh giá về độ tin cậy của kết quả tính toán so với số liệu thực

đo, thí nghiệm

Kết quả tính toán, phân tích và các nghiên cứu, ứng dụng cụ thể sẽ được trình bày trong nội dung Chương III và Chương IV của luận án

Footer Page 11 of 148.

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN TỶ LỆ PHÂN LƯU, DÒNG CHẢY, BÙN CÁT CỦA ĐOẠN

SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN

3.1 TỔNG QUAN VỀ SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU

LONG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI

Sông phân lạch đơn là loại hình sông phân lạch tồn tại khá phổ biến trên hệ thống sông Cửu Long Đặc điểm hình thái của các đoạn sông này là có nút thắt 2 đầu, giữa phình ra, dòng chảy chia thành hai lạch, giữa các lạch là bãi giữa (hay còn gọi là cù lao), trên bãi sinh trưởng thực vật hoặc có dân cư sinh sống Trên các nhánh sông Cửu Long hiện có khoảng 17 đoạn sông phân lạch đơn

3.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC GẦN ĐÚNG XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHÂN

LƯU DÒNG CHẢY CHO ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU LONG

Xuất phát từ các công thức cơ bản xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy của đoạn sông phân lạch đơn đã được thiết lập ở chương II, để đơn giản hóa việc xác định thông số về bán kính thủy lực của lòng dẫn thì đối với các sông thiên nhiên có B>20H có thể lấy giá trị của RH Như vậy với sông Cửu Long có thể lấy R=H, sau khi thay vào các công thức (2-11), (2-12) và (2-14) sẽ nhận được:

1

2 1 1

2 2 1

2 1 3 5

B L

L H

H

1

1 2 2

1 2 1

1 2 3 5

B L

L H

0, 0747d

n và công thức do Henderson đề xuất là

1/6 75

2 1

n n

và chiều sâu của lòng dẫn

3.3 XÂY DỰNG QUAN HỆ THỰC ĐO GIỮA DÒNG CHẢY, BÙN CÁT

VÀ CÁC YẾU TỐ LÒNG DẪN CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SÔNG CỬU LONG

3.3.1 Phân tích quan hệ giữa tỉ lệ phân lưu dòng chảy (β) với các yếu tố thủy

lực và yếu tố hình thái lòng dẫn của các lạch

Căn cứ các số liệu thực đo đã thu thập, xử lý Luận án tiến hành xây dựng các quan hệ thực nghiệm giữa tỷ lệ phân lưu dòng chảy (1/2) với các yếu tố đặc trưng dòng chảy (Q1/Q2, U1/U2,), yếu tố đặc trưng lòng dẫn (B1/B2, H1/H2, A1/A2) của lạch chính và lạch phụ đối với đoạn sông phân lạch đơn trên sông Cửu Long Kết quả phân tích được thể hiện tại hình 3-1 dưới đây

a) Biểu đồ quan hệ:

Hình 3-1 Quan hệ giữa các yếu tố thủy lực, hình thái và tỷ lệ

phân lưu dòng chảy giữa 2 lạch

Footer Page 13 of 148.