Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông hồng đoạn qua hà nội dưới tác động điều tiết của công trình hồ chứa thượng nguồn và định hướng các giải pháp ổn định lòng dẫn

TS Nguy n Bá Qu và TS... và Kuzmin I.A, Antunin C.T, Kondratev H.E.. và Popov I.B, Snitsenko B.Φ.. Trong đó, Snitsenko B.Φ.

L I C M N

Sau m t th i gian nghiên c u, tìm hi u và th c hi n v i t t c s n l c c a

b n thân, tác gi đã hoàn thành lu n v n t t nghi p v i đ tài “ Nghiên c u di n

bi n lòng d n sông H ng đo n qua Hà N i d i tác đ ng đi u ti t c a công trình h ch a th ng ngu n và đ nh h ng các gi i pháp n đ nh lòng d n”

nh m mu n đóng góp m t ph n nh vào công tác nghiên c u, đánh giá, đ tìm ra

nh h ng c a vi c đi u ti t c a các h ch a th ng ngu n đ i v i ch đ dòng

ch y, hình thái lòng d n đo n sông H ng qua Hà N i

Trong quá trình th c hi n tác gi đã nh n đ c s giúp đ nhi t tình c a Khoa Sau đ i h c, Khoa Công trình – Tr ng đ i h c Th y L i cùng các th y cô

giáo, b n bè, đ ng nghi p Tác gi xin bày t s c m n chân thành t i các th y cô

giáo, b n bè, đ ng nghi p c ng nh s giúp đ , t o đi u ki n c a Nhà tr ng c

bi t tác gi xin chân thành c m n s h ng d n t n tình c a PGS TS Nguy n Bá

Qu và TS Nguy n Kiên Quy t đã giúp tác gi hoàn thành lu n v n này

th i v n đ nghiên c u là di n bi n lòng d n luôn là m t v n đ ph c t p, nên n i

dung c a lu n v n không tránh kh i nh ng sai sót Tác gi r t mong nh n đ c s

ch b o và đóng góp ý ki n c a các th y cô giáo và c a các Quý v quan tâm

Hà N i, tháng 08 n m 2014

Tác gi lu n v n

Nguy n V n Hi n

L I CAM OAN

Tôi xin cam đoan lu n v n là k t qu nghiên c u c a riêng tôi, không sao

chép c a ai N i dung luân v n có tham kh o và s d ng các tài li u, thông tin đ c

đ ng trên các tác ph m, t p chí, và các trang web theo danh m c c a lu n v n

Tác gi lu n v n

Nguy n V n Hi n

M C L C

L I C M N

L I CAM OAN

M C L C

DANH M C B NG BI U

DANH M C HÌNH V

M U 1

1 TÍNH C P THI T C A TÀI 1

2 M C ÍCH C A TÀI 2

3 I T NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U 2

4 PH NG PHÁP NGHIÊN C U 3

5 Ý NGH A KHOA H C VÀ TH C TI N 3

CH NG 1 T NG QUAN CÁC NGHIÊN C U V DI N BI N LÒNG D N SÔNG H NG O N QUA HÀ N I VÀ T V N NGHIÊN C U 4

1.1 NH NG V N T RA CHO O N SÔNG H NG QUA HÀ N I 4

1.1.1 Các yêu c u v thoát l 4

1.1.2 Các yêu c u v giao thông v n t i 5

1.1.3 Các yêu c u v xây d ng thành ph và các yêu c u khác 6

1.2 VÀI NÉT V L CH S NGHIÊN C U 6

1.2.1 Các giai đo n khoa h c – công ngh 6

1.2.2 Các đ tài nghiên c u khoa h c c p Nhà n c và các d án khoa h c – công ngh 7

1.3 NH NG K T QU NGHIÊN C U C B N 8

1.3.1 V quá trình lòng d n 8

1.3.2 V tính n đ nh và quan h hình thái 9

1.3.3 V l u l ng t o lòng 11

1.3.4 V kh n ng v n chuy n bùn cát 12

1.4 CÁC K T QU NGHIÊN C U PH C V S N XU T 13

1.4.1 V hành lang thoát l (HLTL) 13

1.4.2 V tuy n ch nh tr 16

1.4.3 V h th ng c ng và lu ng l ch giao thông th y 17

1.5 NH N XÉT, ÁNH GIÁ CHUNG 17

1.5.1 Nh ng thành t u đ t đ c 17

1.5.2 Các v n đ t n t i 18

1.6 T V N NGHIÊN C U C A LU N V N 18

CH NG 2 C S KHOA H C VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 19

2.1 C S KHOA H C NGHIÊN C U NG L C H C SÔNG H DU SAU KHI XÂY D NG CÔNG TRÌNH H CH A TH NG NGU N 19

2.1.1 Xói ph bi n trong lòng sông và s lan truy n c a nó t sau h xói c c b v xuôi 19

2.1.2 Thay đ i ch đ th y đ ng l c trong lòng d n h du 20

2.1.3 Thô hoá thành ph n h t lòng sông 20

2.1.4 i u ch nh hình thái m t c t ngang lòng sông 20

2.1.5 i u ch nh đ d c d c lòng sông 21

2.1.6 Chuy n hoá lo i hình sông 21

2.1.7.Phát sinh các tình th nguy hi m m i 22

2.2 PH NG PHÁP NGHIÊN C U 22

2.2.1 T ng quan các ph ng pháp nghiên c u 22

2.2.2 Ph ng pháp ch nh lý, phân tích s li u th c đo 24

2.3 NH N XÉT CHUNG 28

CH NG 3 NGHIÊN C U S BI N I CH DÒNG CH Y, LÒNG D N SÔNG H NG O N QUA HÀ N I TR C VÀ SAU KHI CÓ I U TI T C A CÁC CÔNG TRÌNH H CH A TH NG NGU N 29

3.1 NGHIÊN C U S BI N I CÁC Y U T DÒNG CH Y TRONG LÒNG D N O N SÔNG NGHIÊN C U 29

3.1.1 c đi m các công trình h th ng th ng ngu n h th ng sông H ng 29

3.1.2 Bi n đ i v các đ i l ng đ c tr ng dòng ch y do đi u ti t c a các h th ng ngu n 35

3.1.3 S bi n đ i m c n c theo các c p l u l ng (quan h Q - H) cho đ n n m

g n nh t 47

3.1.4 S bi n đ i t l phân chia l u l ng t sông H ng qua sông u ng và nh h ng đ a hình c a thôn B c C u t i phân chia l u l ng 55

3.2 S PHÁT TRI N HÌNH THÁI C A LÒNG D N SÔNG H NG O N QUA HÀ N I 57

3.2.1 Di n bi n trên m t b ng 57

3.2.2 Di n bi n trên m t c t ngang 65

3.2.3 Di n bi n trên m t c t d c 75

3.2.4 Phân tích nguyên nhân s phát tri n hình thái c a lòng d n 76

3.3 NH N XÉT CHUNG 77

CH NG 4 NH H NG GI I PHÁP N NH LÒNG D N SÔNG H NG O N QUA HÀ N I 79

4.1 CÁC YÊU C U C A CÁC NGÀNH KINH T XÃ H I I V I O N SÔNG 79

4.1.1 Yêu c u c a công tác phòng ch ng l 79

4.1.2 Yêu c u c a lu ng l ch giao thông v n t i th y 80

4.1.3 Yêu c u c a xây d ng thành ph và các yêu c u khác 80

4.2 I T NG CH NH TR 81

4.3 I T NG TÁC NG 82

4.4 TUY N CH NH TR 83

4.4.1 L a ch n th sông 83

4.4.2 Nút kh ng ch và các đo n b đ nh h ng c n duy trì 84

4.4.3 Các tham s tuy n ch nh tr 84

4.4.4 M t b ng tuy n ch nh tr 84

4.5 B TRÍ CÔNG TRÌNH CH NH TR I V I O N SÔNG HÀ N I 85

4.5.1 Ch d n chung 85

4.5.2 M t b ng b trí công trình 85

4.6 THI T K S B CHO M T CÔNG TRÌNH B O V B SÔNG H NG

O N HÀ N I 89

4.6.1 Các tài li u ph c v thi t k công trình 89

4.6.2 Gi i pháp k thu t xây d ng m hàn 91

4.6.3 Tính toán v t li u làm m hàn 92

4.6.4 Tính toán ki m tra n đ nh công trình 94

K T LU N VÀ KI N NGH 98

1 K T LU N 98

2 KI N NGH 98

TÀI LI U THAM KH O 99

DANH M C B NG BI U

B ng 1.1 K t qu tính toán l u l ng t o lòng 12

B ng 2.1 Hi u ch nh cao đ th y v n theo cao đ Qu c gia 25

B ng 3.1 M c n c sông H ng t i Hà N i tr c khi có h ch a 39

B ng 3.2 M c n c sông H ng t i Hà N i sau khi có h ch a 40

B ng 3.3 M c n c H ng v i các c p Q qua các th i k t i S n Tây 48

B ng 3.4 M c n c H ng v i các c p Q qua các th i k t i Hà N i 49

B ng 3.5 M c n c H v i các c p Q qua các th i k t i Th ng Cát 50

B ng 3.6 S thay đ i t l phân l u vào sông u ng qua các th i k 55

B ng 3.7 Các tham s đ c tr ng c a các th sông H ng đo n Hà N i 63

B ng 3.8 S li u m t c t ngang mùa ki t ng v i m c n c 3,47m t i Hà N i 71

B ng 3.9 S li u m t c t ngang mùa trung ng v i m c n c 9,5m t i Hà N i 72

B ng 3.10 S li u m t c t ngang mùa l ng v i m c n c 13,4m t i Hà N i 73

B ng 3.11 S bi n đ i dung tích lòng d n (106 m3) so v i n m 1976 74

B ng 4.1 Kích th c lu ng giao thông th y 80

B ng 4.2 Ch tiêu c lý c a l p 1 90

B ng 4.3 Ch tiêu c lý c a l p 2 90

B ng 4.4 K t qu tính toán đ ng kính viên đá theo tiêu chu n 93

B ng 4.5 K t qu tính toán đá dìm bè 94

B ng 4.6 K t qu tính toán áp l c th y đ ng 95

B ng 4.7 K t qu tính toán n đ nh 95

B ng 4.8 K t qu tính toán h xói 97

DANH M C HÌNH V

Hình 0.1 V trí đ a lý đo n sông H ng qua Hà N i 2

Hình 3.1 Quá trình Q – t t i S n Tây qua các th i k 36

Hình 3.2 Quá trình Q – t t i Hà N i qua các th i k 37

Hình 3.3 Quá trình H – t t i S n Tây qua các th i k 42

Hình 3.4 Quá trình H – t t i Hà N i qua các th i k 42

Hình 3.5 Quá trình l u l ng bùn cát l l ng t i S n Tây qua các th i k 44

Hình 3.6 Quá trình l u l ng bùn cát l l ng t i Hà N i qua các th i k 45

Hình 3.7 Quá trình H – t tháng 3 t i S n Tây qua các th i k 46

Hình 3.9 Quan h Q – H tr m S n Tây 52

Hình 3.10 Quan h Q – H tr m Hà N i 53

Hình 3.11 Quan h Q – H tr m Th ng Cát 54

Hình 3.12 M t b ng đo n sông qua các th i k 62

Hình 3.13 S đ các th sông chính 64

Hình 3.14 Di n bi n m t c t 31 – sông H ng 66

Hình 3.15 Di n bi n m t c t 34 – sông H ng 67

Hình 3.16 Di n bi n m t c t 37 – sông H ng 67

Hình 3.17 Di n bi n m t c t 42 – sông H ng 68

Hình 3.18 Di n bi n di n tích m t c t ngang mùa ki t 69

Hình 3.19 Di n bi n di n tích m t c t ngang mùa n c trung 70

Hình 3.20 Di n bi n di n tích m t c t ngang mùa l 70

Hình 3.21 Di n bi n đ ng l ch sâu qua các n m đo n sông H ng – Hà N i 75

Hình 4.1 m t b ng b trí công trình ph ng án 1 87

Hình 4.2 M t b ng b trí công trình ph ng án 2 88

Hình 4.3 S đ tính toán bè chìm 93

Hình 4.4 M t c t tính toán n đ nh tr t ph ng 94

Hình 4.5 M t c t tính toán n đ nh tr t mái 96

Hình 4.6 K t qu tính toán n đ nh tr t mái 96

JICA Japan International Cooperation Agency

KH & CN Khoa h c và Công ngh

M U

1 TÍNH C P THI T C A TÀI

L l t, s t l , b i t luôn là m i đe do cho dân sinh kinh t xã h i đ ng

b ng B c B nói chung và Th đô Hà N i nói riêng

ph c v phòng ch ng l l t, phát đi n và giao thông th y m t cách c

b n, t nh ng n m 70 c a th k XX chúng ta đã ti n hành xây d ng các h ch a

n c phía th ng ngu n các sông ng b ng B c b n nay đã có 4 h đi vào

2002, khánh thành 2009) H S n La trên sông à (9,26 t m3

, kh i công n m

2006, khánh thành 2012)

Vi c xây d ng và đ a các h ch a n c th ng ngu n tham gia đi u ti t l i

phân b theo th i gian đ i v i dòng ch y h du đã làm thay đ i quá trình l u l ng,

quá trình bùn cát…, d n đ n s tái t o l i hình thái lòng sông, phân b l i các khu

v c xói b i T đó, xu t hi n nh ng tình hu ng b đ ng khi ph i đ i phó v i nh ng

v i nh ng đi u ki n c Có th l y nhi u d n ch ng cho các nh n đ nh trên t th c

T m Xá, Ng c Th y; các bãi b i cát thô nhi u h n, t l phân chia l u l ng thay

đ i l n c a u ng; m c n c mùa ki t xu ng th p ch a t ng th y v.v…

Vì v y, vi c đánh giá đ c tác đ ng đi u ti t c a các h ch a th ng ngu n

đ i v i s thay đ i ch đ dòng ch y và s phát tri n hình thái lòng d n sông h du,

đ c bi t là sông H ng đo n qua th đô Hà N i, trung tâm v n hóa, chính tr c a c

n c là r t quan tr ng và c n thi t K t qu nghiên c u s làm c s cho vi c đ a ra

các gi i pháp gi m thi u tác đ ng x u khi đi u ti t c a các h ch a th ng ngu n

- Ph m vi nghiên c u sông H ng đo n qua Hà N i (t Th ng Cát đ n Khuy n L ng) dài kho ng 40km theo đ ng tr ng ch l u, ch y qua đ a ph n hành chính c a các huy n T Liêm, qu n Tây H , qu n Hoàn Ki m, qu n Hai Bà

Tr ng và huy n Thanh Trì b ph i, các huy n ông Anh, Gia Lâm b trái

Hình 0.1 V trí đ a lý đo n sông H ng qua Hà N i

4 PH NG PHÁP NGHIÊN C U

gi i quy t m c tiêu và nhi m v trên, lu n v n s s d ng t ng h p m t s

ph ng pháp nghiên c u sau đây:

y u t khác nh quan h Q – H, t l phân l u, hình thái m t b ng, m t c t ngang,

m t c t d c, t đó có nh ng nh h ng đ n tuy n ch nh tr , b trí công trình ch nh

tr , …

Lu n v n đ c p đ n h u h t các v n đ đó, đ a ra các so sánh, phân tích, đánh giá nh h ng đi u ti t c a các h ch a th ng ngu n đ n quá trình di n bi n lòng d n h du sông H ng đo n qua Hà N i

5.2 Ý ngh a th c ti n

Khi đi u ti t các h ch a th ng ngu n vùng h du sông b nh h ng r t nhi u: L u l ng phù sa gi m đi, quan h Q – H thay đ i d n đ n kh n ng thoát l

c a lòng d n thay đ i, t l phân l u t i các c a sông và quan h hình thái c a t ng

đo n sông c ng thay đ i nhi u Vi c nghiên c u các bi n đ i trên mang ý ngh a

th c ti n r t cao Trên c s nh ng k t qu nghiên c u s đ a ra đ c các gi i pháp phù h p đ gi m thi u tác đ ng x u khi đi u ti t các h ch a n c th ng ngu n

CH NG 1

T NG QUAN CÁC NGHIÊN C U V DI N BI N LÒNG D N

1.1 NH NG V N T RA CHO O N SÔNG H NG QUA HÀ N I

B t đ u c a đo n sông H ng qua Hà N i đ c tính Th ng Cát và ra kh i

Hà N i Khuy n L ng T ng chi u dài c a đo n sông kho ng 40km Trên đo n sông H ng qua th đô Hà N i có c a phân l u sông u ng Vai trò c a c a u ng

có t m quan tr ng đ c bi t t i ch đ th y l c và di n bi n c a đo n sông Trên đó

c ng có các c a l y n c l n là: Th y Ph ng – c a vào đ c đi u ti t c a sông Nhu , tr m b m p B c, c ng Xuân Quan – c a vào c a h th ng th y nông B c

H ng H i c bi t cho t i nay đã có nhi u c u l n t n t i trên đo n sông là: c u Long Biên, c u Th ng Long, c u Ch ng D ng, c u Thanh Trì, c u V nh Tuy, c u

Nh t Tân,…

Có th nói đo n sông H ng qua Hà N i nh m ch máu ch y gi a lòng Th

ô Nó g n bó h u c cùng v i s phát tri n dân sinh kinh t xã h i c a Th ô Hà

N i

1.1.1 Cá c yêu c u v thoát l

29% đ n 30% l u l ng S n Tây đ đ m b o an toàn cho h th ng đê sông u ng

- Quá trình thoát l c ng ph i đ m b o lòng sông n đ nh, không gây s t l

b sông, s t l mái đê, đ c bi t không gây v đê

1.1.2 Các yêu c u v giao thông v n t i

Hi n t i, sông H ng là m t trong nh ng tuy n đ ng th y n i đ a quan tr ng

c a mi n B c v i m t đ tàu l n, có khi lên t i kho ng 500 l t/ngày – đêm trong

đó có nh ng tàu t i tr ng l n, đây là huy t m ch đ ng th y liên thông v i các con sông Thái Bình, Nam nh và các vùng ph c n Do đó ph i duy trì tuy n lu ng

l ch và th y v c n đ nh, không gây b i l p các c ng, c n gi m m c n c dao đ ng

gi a mùa khô và mùa m a, t o đi u ki n thu n l i cho cho giao thông th y

Tuy có vai trò quan tr ng nh v y, nh ng do ch a đ c đ u t và phát tri n nên h u h t các c ng các quy mô còn nh , thi t b l c h u n ng l c b c x p hàng hóa còn th p, ph ng ti n giao thông th y còn l c h u, ch a khai thác h t ti m n ng còn b ng Chính vì đi u này nên trong quy ho ch giao thông v n t i th y th đô

Hà N i đ n n m 2030, t m nhìn đ n n m 2050 đ nh h ng m t s n i dung quan

tr ng nh c i t o n o vét lu ng tuy n, nâng c p xây m i các c ng d c sông H ng và

các sông khác ph c v giao thông th y liên k t v i m ng l i giao thông toàn qu c

C th theo đ án quy ho ch này Hà N i s có 4 c ng đ u m i là c ng Khuy n L ng, c ng Phù ng, C ng S n Tây, C ng T m xá Cùng v i 4 b n c ng

đ u m i này quy ho ch c ng đ xu t xây d ng, nâng c p các c ng đ a ph ng nh Chèm, H ng Vân, Mai Lâm…., làm c ng v tinh cho các c ng đ u m i nêu trên Các c ng khách đ c xác đ nh theo tuy n v n t i khách phù h p v i quy ho ch đô

th c a thành ph và các qu n huy n Ngoài các c ng khách hi n h u b n Ch ng

D ng s b trí m t s c ng khách khác d c theo tuy n v n t i khách k t h p du

l ch sông H ng, sông u ng, sông áy, sông Tô L ch…

Nh v y, theo quy ho ch này nhu c u giao thông th y trong t ng lai trên

m ng l i l u v c sông H ng là r t l n, đ c bi t là đo n qua Hà N i nên yêu c u v

n đ nh tuy n lu ng l ch đ t ra cho nó c ng càng cao h n

1 1.3 Các yêu c u v xây d ng thành ph và các yêu c u khác

1.1.3.1 Xây d ng đô th

Trên c s có hành lang thoát l quy ho ch ph m vi cho phép xây d ng công trình ph c v cho vi c phát tri n và m r ng thành ph , đ ng th i t ng b c di d i dân c n m trong ph m vi hành lang thoát l ra kh i khu v c này; Xây d ng m i

đ ng th i v i vi c phát tri n và b o v t ng kh n ng khai thác các đi m vui ch i

1.1.3.3 B o v an toàn cho các tr , m c u qua sông

Tuy, c u Thanh Trì, c u Yên L nh, c u Nh t Tân

1.2 VÀI NÉT V L CH S NGHIÊN C U

1.2.1 Các giai đo n khoa h c – công ngh

v i l sông H ng, đ i Lý Nhân Tông đã cho đ p đê ph ng C Xá b o v th đô

Th ng Long Tri u tr n (th k XIII) cho đ p đê sông H ng t th ng ngu n ra đ n

+ 06.05.01.03 – Nghiên c u d báo lan truy n xói sâu Sông à và sông

H ng khi h Hòa Bình và T Bú ho t đ ng, do PGS TS Hoàng H u V n làm ch nhi m[ ]45 ;

+ 06.05.01.04 – Nghiên c u công trình ch nh tr đo n sông H ng đ ch ng

t i pha sông bi n đ n o vét ch nh tr trên các tuy n lu ng y – đ c bi t là tuy n

+ Xác l p tuy n ch nh tr đo n h du sông H ng t S n Tây đ n c a Lu c do

+ Quá trình xói b i, di n bi n lòng d n h du d i tác đ ng đi u ti t c a h

+ nh h ng c a vi c đi u ti t h Hòa Bình đ n vi c phát đi n, l y n c

t i, tiêu, giao thông th y và các yêu c u dùng n c khác…do PGS TS Tr n ình

- D án “ ánh giá th c tr ng lòng d n sông H ng – sông Thái Bình nh

h ng t i suy gi m kh n ng thoát l và đ xu t ph ng án ch nh tr t i nh ng

Công ngh cho h th ng công trình ch nh tr trên các đo n sông tr ng đi m vùng

1.3 NH NG K T QU NGHIÊN C U C B N

1.3.1 V quá trình lòng d n

Trên th gi i có nhi u tác gi nghiên c u v phân lo i quá trình lòng d n

nh : Roxinxki K.I và Kuzmin I.A, Antunin C.T, Kondratev H.E và Popov I.B,

Snitsenko B.Φ (1980) Trong đó, Snitsenko B.Φ đã nghiên c u trên 183 đo n c a

35 sông Liên Xô, có chi u dài t ng c ng là 4.523 km đã đi đ n hai cách phân

lo i[ ]5 :

1 D a vào t s B0/B và I0/I (trong đó B0, I0 là chi u r ng và đ d c đáy

l ng sông, I là đ d c m t n c khi ch a ng p bãi và B là chi u r ng lòng sông)

2 Dùng ch tiêu t ng h p A = I0B0/IB

Hà N i thành 4 đo n, ba lo i:

1) o n sông phân nhánh ki u lòng sông là đo n t Trung Hà t i Phú Châu 2) o n sông cong h n ch là đo n t Phú Châu t i Vân C c

3) o n sông cong n a ch ng là đo n t Vân C c t i c u Long Biên

4) o n sông cong h n ch c u Long Biên – Xuân Quan

1.3.2 V tính n đ nh và quan h hình thái

Tính ch t không bi n đ i c a hình d ng, kích th c, v trí trung bình th i gian và không gian c a lòng d n c s g i là tính n đ nh c a lòng sông

d c sông Tác gi cho r ng m c n đ nh này đ c quy t đ nh b i t s gi a s c c n

c a cát ch ng l i s chuy n đ ng c a áp l c th y đ ng theo chi u dòng n c tác

d ng lên cát lòng sông H s n đ nh theo chi u d c sông c a Loxtin B M có

d ng[ ]19 :

h

d I

Trong đó:

I: d c m t n c (m/km)

- Antunin C.T c n c vào tài li u đo đ c nhi u n m sông vùng Trung Á đã

đ a ra h s n đ nh theo chi u r ng sông[ ]12 [ ]19 [ ]20 :

0,2 0,5

B

BI Q

- Vi n Nghiên c u Th y v n Liên Xô (1924) đ xu t h s n đ nh theo chi u r ng và chi u sâu ng v i l u l ng t o dòng [ ]12 [ ]19 :

m

B k

c u v tính n đ nh hình thái c a lòng sông

c ng th c v quan h hình thái n đ nh c a lòng sông

nghiên c u vào nh ng n m 70 – 80 c a th k XX, đi n hình là nghiên c u c a Nguy n Th i Giáp, Lê Ng c Bích, L ng Ph ng H u (1980), thông qua gi thi t

s phát tri n hình thái lòng sông tuân theo nguyên t c đ bi n đ ng nh nh t c a lòng d n, đ xu t bi u th c[ ]12 :

Trong đó:

B, h: Chi u r ng trung bình, chi u sâu trung bình n đ nh c a lòng sông (m);

l u l ng đ c đi u ti t, l u l ng t o dòng thay đ i, quan h hình thái lòng sông

h du c ng thay đ i Trong đi u ki n này có nghiên c u c a Phùng Quang

Phúc[ ]21 , trong khuôn kh đ tài lu n án ti n s n m 1996

1.3.3 V l u l ng t o lòng

Lòng d n sông đ c hình thành d i tác d ng lâu dài c a m t quá trình dòng

ch y t nhiên trong m t đi u ki n đ a lý, đ a ch t, khí h u, th y v n nh t đ nh M t

l u l ng đ c tr ng cho quá trình l u l ng t nhiên đó đ c g i là l u l ng t o

lòng

Tr c n m 1989, lòng d n sông H ng đ c t o ra trong ch đ dòng ch y t nhiên c a l u v c Nh ng khi có nhà máy th y đi n Hòa Bình trên sông à, quá trình l u l ng đ c đi u ti t nên l u l ng t o lòng đã thay đ i

V l u l ng t o lòng trên sông H ng, có nhi u tác gi tính toán trong các đ tài nghiên c u c a mình nh L u Công ào, Vi V n Vy, Lê Ng c Bích, V T t

Uyên,…Trong báo cáo khoa h c thu c ch ng trình 06 – 05, PGS TS Hoàng H u

V n đã t ng h p k t quá tính toán l u l ng t o lòng khi có h Hòa Bình và h T

Bú đi u ti t (b ng 1.1)

T b ng 1.1 cho th y, khi h Hòa Bình ho t đ ng do dung tích c t l lòng

h quá nh , ch đ t o lòng h l u có thay đ i nh ng không l n Khi có h T Bú

Vi t Nam, các tác gi Vi V n V (1984) [ ]46 , PGS Hoàng H u V n

(1986) [ ]45 , GS L ng Ph ng H u [ ]12 ,…đã xác đ nh các h s K và m cho các sông vùng đ ng b ng B c B Công th c (1.9) đ c xây d ng t ng ng v i tr ng

đo v bùn cát l l ng tr m Hòa Bình và S n Tây tác gi đã ki n ngh s d ng công

th c tính toán s c chuy n cát:

3 3 4

0, 00036

T

V V S

1.4.1.1 Nghiên c u thoát l đo n sông H ng S n Tây – V n Phúc

Sau l l ch s 1971, Vi n Khoa h c Th y l i nghiên c u tuy n thoát l sông

t l đ ng 1/80 T mô hình Vi n Khoa h c Th y l i đã đánh giá kh n ng thoát l

n c l trên sông H ng N u phá b hoàn toàn đê b i trên đo n S n Tây – V n

xu ng 30cm;

- Xác đ nh đ c kho ng cách h p lý gi a hai tuy n đê chính hi n nay

không làm dâng cao m c n c l ng th i có th khai thác đ c m t ph n qu

đ t trên bãi sông nh ng đo n sông có kho ng cách quá r ng

Trong d án “ ánh giá th c tr ng lòng d n sông H ng – sông Thái Bình nh

sông đã b suy gi m, c th v i cùng m t c p l u l ng l thi t k , m c n c t i

S n Tây đã t ng g n 1,0m, t i Hà N i kho ng 0,5m và t i H ng Yên kho ng 0,7m;

m c n c d c tuy n sông đ u có xu h ng t ng và tr s t ng vào kho ng t 0,4m

đ n 0,8m

1.4.1.2 Ngh iên c u quy ho ch thoát l sông H ng c a C c ê đi u

N m 1975, C c ê đi u B Th y l i l p báo cáo quy ho ch t ng kh n ng thoát l c a sông H ng N i dung chính là quy ho ch l i vi c s d ng bãi sông, san phá các đê b i c n tr thoát l , m r ng tuy n đê chính ch quá h p, c t th ng

nh ng ch lòng sông quá cong [ ]44

Trong quy ho ch đã tính th y l c cho đo n sông H ng S n Tây – V Thu n

v i nhi u ph ng án c i t o, v i 2 c p l u l ng (QST = 34.200m3/s và QST = 28.150m3/s) K t qu đã ch n ph ng án có n i dung chính nh sau:

Theo k t qu mô hình toán c a ph ng án trên, m c n c l t i c u Long Biên h th p t 24cm đ n 34cm Các tr s này x p x v i các trí s c a Vi n Khoa

h c Th y l i nghiên c u trên mô hình v t lý khi san phá hoàn toàn đê b i trên đo n

sông này

1.4.1.3 Hành lang thoát l đo n S n Tây – H ng Yên n m 1995 - 1997

D a trên c s mô hình toán k t h p v i phân tích tính toán và nghiên c u

th c đ a, GS TS V T t Uyên đã đ xu t hành lang thoát l (HLTL) đo n S n Tây

– H ng Yên, c th nh sau [ ]35 [ ]44 :

c a u ng đ n H ng Yên B =2100m)

Nh ng vùng tuy n đê m r ng hay thu h p đ t ng t, đ c thay đ i chi u r ng và v trí c a HLTL cho thu n dòng ch y

1.4.1.4 Các công trình kè b

Các công trình kè b trong đo n sông Hà N i do B Nông nghi p và Phát

Các công trình c a ngành Th y l i ch y u t p trung vào gi b , ch ng s t

l chân đê Cao đ đ nh kè b t 9,5m đ n 11,5

1.4.2 V tuy n ch nh tr

1.4.2.1 Công trình ch nh tr c a ng i Pháp

Vào nh ng n m 1910 – 1940, ng i Pháp đã t p trung ch nh tr đ c i thi n

lu ng l ch khu v c Trung Hà, song k t qu không t n t i lâu Sau đó là s m t n

đ nh kéo dài 30 – 40 n m cho t i khi gi i phóng Hà N i [ ]2 [ ]4 [ ]5 [ ]22 T t c các

công trình ch nh tr nh m đ a ch l u v c ng Hàng M m, v trí h l u c u Long Biên kho ng 1km, m c dù t n kém nh ng không đ t đ c k t qu , do v y ph i chuy n c ng xu ng Phà en nh v trí ngày nay

1.4.2.3 Nghiên c u c a c quan H p tác Qu c t Nh t B n (JICA, 2001 – 2003)

Trong chi n l c dài h n và quy ho ch t ng th cho “H th ng Giao thông

1.5 NH N XÉT, ÁNH GIÁ CHUNG

1.5.1 Nh ng thành t u đ t đ c

sông h du thu đ c nhi u k t qu quan tr ng, ng d ng t t trong th c t ;

sau khi có h ch a Hòa Bình cho lòng sông H ng đo n qua Hà N i

1.5.2 Các v n đ t n t i

- Trong các nghiên c u tr c đây sông H ng, các nhà khoa h c t p trung nhi u vào v n đ thoát l sông H ng đo n qua Hà N i, đã đ a ra k t lu n kh n ng

nh ng th c t đang di n ra trên sông H ng đo n qua Hà N i là m c n c đang b

h th p đ c bi t là trong mùa ki t, đi u này có gì m u thu n không?

v n ch a hình thành đ c tuy n ch nh tr n đ nh theo đ xu t t nhi u n m tr c,

vì v y lòng d n h du v n đang có nhi u di n bi n ph c t p nh đo n t c u Th ng Long đ n c a u ng, nh t là di n bi n trên m t c t ngang ây là đo n sông r t quan tr ng, quy t đ nh đ n n đ nh th sông thu n l i cho các ngành kinh t h u quan khai thác đo n sông

1.6 T V N NGHIÊN C U C A LU N V N

Thông qua xem xét nh ng v n đ t n t i hi n nay đã trình bày trong ph n

t ng quan, lu n v n l a ch n đi sâu nghiên c u m t s v n đ sau:

dòng ch y (l u l ng, m c n c, bùn cát, quan h Q - H, t l phân l u qua sông

u ng), t đó phân tích nguyên nhân s phát tri n hình thái lòng d n sông H ng

CH NG 2

2.1 C S KHOA H C NGHIÊN C U NG L C H C SÔNG H DU

Sau khi xây d ng h ch a th ng ngu n, dòng sông đ c chia thành hai

ph n có quá trình v n đ ng khác nhau: Dòng sông th ng l u tr thành dòng sông lão hóa d n, lòng sông h du tr thành m t dòng sông tr , b t đ u quá trình phát tri n m i Song song v i vi c nghiên c u quá trình b i tích th ng ngu n, các nhà khoa h c quan tâm nhi u đ n quá trình đ ng l c h c dòng sông h du Các

v n đ nghiên c u v quá trình đ i m i ch đ đ ng l c dòng sông h du có th

t ng h p l i trong 7 v n đ sau đây: [ ]17 [ ]18 [ ]21

2.1.1 Xói ph bi n trong lòng sông và s lan truy n c a nó t sau h xói c c

b v xuôi

Trong đi u ki n dòng ch y t h ch a x xu ng là n c trong, lòng sông h

d s x y ra xói ph bi n, xu t phát t đo n g n chân đ p, sát sau h xói c c b , r i lan truy n d n v xuôi Trong v n đ này có th lý gi i nh sau:

bùn cát tháo xu ng đã gi m đi nhi u, ho c ch mang theo ch t r a trôi (bùn cát m n) không th trao đ i v i bùn cát lòng sông, có khi th m chí ch là n c trong, không mang bùn cát Vì v y, đ th a mãn yêu c u v s c t i cát c a dòng ch y, dòng ch y đào x i h t bùn cát t lòng sông đ n khi đ t t i tr ng thái bão hòa, hi n t ng xói lòng d n m i d ng l i

- Tuy nhiên, th c tr ng và lý thuy t đ u ch ra r ng, kho ng cách đ dòng

ch y t tr ng thái th bão hòa đ n tr ng thái bão hòa không c n ph i r t dài nh th ,

mà ch c n không quá m y tr m mét, cùng l m không quá m y ngàn mét, không có cùng s đo v i hi n t ng xói ph bi n trong lòng sông h du h ch a Vì v y, v n

đ này c n đ c ti p t c nghiên c u làm rõ trong các nghiên c u ti p theo

2.1.2 Thay đ i ch đ th y đ ng l c trong lòng d n h du

H u h t h đ p đ u làm thay đ i ch đ dòng ch y trong lòng d n h du

Nh ng đ p l n g n nh có nh ng nh h ng r t l n đ n ch đ dòng ch y và có th thay đ i đ l n dòng ch y đem l i l i ích ho c ph c v các m c tiêu xã h i khác

lu t hình thái

2.1.3 Thô hoá thành ph n h t lòng sông

S bào xói ph bi n trong lòng sông h du h ch a n c s d n đ n hi n

t ng thô hóa dòng sông Quá trình thô hóa tùy theo k t c u t o lòng sông có khác nhau mà có nh ng đ c đi m khác nhau

S thô hóa dòng sông s làm cho h s nhám lòng sông t ng lên và làm cho

n ng l c t i cát c a dòng ch y gi m nh M c dù có th không hình thành m t l p thô hóa có tính ch ng xói, ng n ch n lòng sông h th p, nh ng do s c t i cát c a dòng ch y quá nh , t c đ xói c a dòng sông s gi m đi rõ r t, c ng đ xói r a

c ng s b h n ch nhi u

2.1.4 i u ch nh hình thái m t c t ngang lòng sông

Xói ph bi n lòng sông h du công trình h ch a s làm cho hình thái m t

c t và đ d c dòng sông có nh ng đi u ch nh rõ r t V hình thái m t c t, quá trình phát tri n xói di n ra v i s song hành c a 3 ho t đ ng: Xói sâu, m r ng và v a xói sâu v a m r ng Tr ng h p hai b sông có c u t o v t ch t khó xói, lòng sông s b xói sâu, tr ng h p đáy sông không th xói thì lòng sông s b m r ng, khi c b và đáy sông đ u kh bi n thì dòng sông v a xói sâu v a m r ng

2.1.5 i u ch nh đ d c d c lòng sông

ng th i v i vi c đi u ch nh trên m t c t ngang, đ d c d c dòng sông

c ng có nh ng đi u ch nh t ng ng Trong tình hình chung, ch c n lòng sông c u

t o b i v t ch t có th xói thì tùy theo s phát tri n c a xói ph bi n, đ d c d c lòng sông s bi n tho i d n ó là vì xói ph bi n lan truy n t th ng l u v h

l u, th ng l u b xói sâu, h l u b xói ít h n Ch có tr ng h p khi l p m t lòng

d n là cát, l p đáy là cu i s i có đ d c l n, m i xu t hi n tr ng h p ngo i l

2.1.6 Chuy n hoá lo i hình sông

Sau khi xây d ng công trình đ u m i, s thay đ i các lo i đi u ki n nói chung là có l i cho s phát tri n theo xu th n đ nh lòng sông Nh ng các y u t

nh h ng đ n di n bi n lòng sông h du công trình h ch a n c là khá ph c t p

y u t ch y u nh t có th khái quát là tr s và quá trình c a l u l ng n c và

l ng bùn cát x xu ng h du; đi u ki n đ a ch t lòng sông và b sông; v trí c a chu n xâm th c h du

Trong các y u t nh h ng nói trên, có tác d ng quy t đ nh luôn v n là tr

s và quá trình c a dòng n c và bùn cát tháo xu ng Ch c n lòng sông t o thành

b i v t ch t d xói, c ng đ xói và hình thái c a lòng sông h du, c ng nh có b

b i l p tr l i không đ u ph thu c ch y u vào tr s và quá trình dòng ch y và bùn cát tháo x xuông, mà đi u này l i tùy thu c vào ph ng th c v n hành c a h

ch a Có th th y ph ng th c v n hành h ch a không ch là y u t m u ch t quy t đ nh l ng b i l ng và ph ng th c b i l ng trong h ch a, mà c ng là y u t

m u ch t quy t đ nh c ng đ và hình th c di n bi n lòng sông h du, t o ra mâu thu n ch y u nh t trong nhi u mâu thu n gây nên di n bi n th ng và h du h

ch a

2.1.7 Phát sinh các tình th nguy hi m m i

h du các h ch a, vào th i k đ u khai thác, do quá trình tái t o lòng d n

x y ra r t mãnh li t, lòng sông b xói sâu, m c n c c ng h th p, các công trình

d c theo tuy n sông nh đê đi u, tr m b m, c a l y n c, kè c ng, c u qua sông,

…không thích ng v i đi u ki n m i, th ng x y ra các tình th nguy hi m:

- S t l mái, uy hi m an toàn c a đê;

các s li u đo đ c đ a hình, đ a ch t, th y v n nhi u n m, phân tích v trí, quy mô,

t c đ xói, b i trên m t b ng, trên m t c t d c, m t c t ngang, tìm ra quy lu t th ng

kê và xu th phát tri n c a đo n sông nghiên c u;

ki n bi n đ i d n c a dòng ch y, và có th nghiên c u nó theo không gian 3 chi u

Nh ng nó ch thích h p cho vi c nghiên c u các quá trình di n bi n trong đi u ki n

đã có ti n l trong quá kh , không th hoàn toàn d a vào nó đ d báo tác đ ng c a các công trình trong t ng lai

- Ph ng pháp mô hình toán:

thích h p cho dòng ch y và bùn cát t i đo n sông nghiên c u, xác đ nh các đi u

ki n biên, đi u ki n ban đ u h p lý, tìm các l i gi i gi i tích ho c l i gi i s tr cho các v n đ nghiên c u;

đi m l i c v khoa h c l n kinh t , cho phép ta mô t nh ng gì đã x y ra trong quá

kh và nh ng gì s x y ra trong t ng lai v i nh ng đi u ki n thay đ i tùy ý

Nh ng hi n nay, ph ng pháp này ch có đ tin c y ch p nh n đ c khi h n ch trong bài toán 1D và 2D, trong đi u ki n ph i có s li u đ u vào ch t l ng cao,

h n th n a k t qu v tr ng v n t c ch là trung bình đ sâu do v y r t h n ch trong vi c phân tích di n bi n lòng d n i v i mô hình 3D hi n nay n c ta đang b c đ u nghiên c u và k t qu v n còn khác xa so v i th c t

l i trong m t khu v c có các trang thi t b thí nghi m, tái di n dòng ch y trong sông thiên nhiên theo các đ nh lu t t ng t , đ quan sát, đo đ c và t các s li u đo đ c tìm ra quy lu t di n bi n c a đo n sông

h n n a nó có th đ t công trình trong t ng lai vào mô hình đ nghiên c u nh

h ng c a nó s gây ra Nh ng h n ch c a ph ng pháp này là r t khó th a mãn các đi u ki n t ng t , nh t là các đi u ki n t ng t v bùn cát, nên có th có

nh ng sai l ch nh t đ nh gi a mô hình và nguyên hình, m t khác chi phí đ xây

d ng mô hình th ng l n, vì v y ch nh ng d án l n m i có đi u ki n th c hi n

T nh ng k t lu n trên cùng v i m c đích c a lu n v n là nh m đánh giá

đ c nh h ng c a đi u ti t các h ch a th ng ngu n đ i v i ch đ dòng ch y,

s thay đ i hình thái m t b ng, m t c t ngang, m t c t d c th i gian qua trong lòng

d n sông H ng đo n qua Hà n i, nên trong lu n v n này ph ng pháp nghiên c u

đ c s d ng là ph ng pháp ch nh lý, phân tích s li u th c đo

tr c khi có h Tuyên Quang;

- Các s li u v m t c t ngang:

+ Tài li u đo đ c các m t c t ngang c đ nh trên sông H ng các n m 1996,

2001 đ n 2012 (t l đ ng 1/100, t l ngang 1/5000) h cao đ qu c gia

2.2.1.2 Ch nh lý s li u

Các s li u m c n c t i các tr m th y v n đ c quy v cùng h cao đ nhà

n c

T n m 1995 đ n nay, T ng c c Khí t ng Th y v n đã chuy n cao đ các

tr m quan tr c trên h th ng sông H ng và sông Thái Bình v cùng m t h cao đ

Qu c gia Vì v y, trong phân tích các s li u thu th p tr c ngày 01/01/1995 đ u

đ c chuy n đ i v cùng h cao đ Qu c gia

xem b ng 2.1

B ng 2.1 Hi u ch nh cao đ th y v n theo cao đ Qu c gia

TT Tên sông Tên tr m Cao đ c

- Tính trung bình các tháng c a m i th i k , ti n hành v bi u đ quá trình

l u l ng, m c n c, bùn cát trung bình c a m i th i k ;

th i k vào cùng h t a đ ;

các th i k so v i nhau T đó giúp tìm ra m i liên h gi a hi n t ng xói b i và các y u t nh h ng

Bên c nh phân tích quá trình l u l ng, m c n c, bùn cát trung bình tháng trong n m, c ng có th ch n ra m t tháng đ phân tích quá trình theo các ngày trong

các đ ng cong cho ta c n c đ phán đoán xu th xói b i trung bình c a lòng d n

và s thay đ i kh n ng thoát l c a lòng d n Thông th ng, trong mùa ki t vì dòng ch y nh , tác d ng t o lòng y u, lòng d n t ng đ i n đ nh, n u v i cùng

m t l u l ng mùa ki t, m c n c qua các th i k có bi n đ i rõ r t thì ch c ch n lòng d n đã có xói, b i

c) Phân tích t l phân l u

Ph ng pháp ti n hành nh sau:

Cát đ c chia thành các th i k (10 n m m t);

- Xây d ng m i quan h gi a l u l ng t ng t i S n Tây và l u l ng trên sông u ng ng v i m i th i k ;

qua sông u ng, t đó tính đ c t l ph n tr m l u l ng t i S n Tây chuy n qua sông u ng;

- C n c vào t l này c a các th i k đ rút ra các k t lu n v t l phân l u, tìm ra nguyên nhân và ph ng pháp gi m các nh h ng x u

2.2.1.4 P hân tích s li u quan tr c đ a hình lòng d n

C s c a ph ng pháp này là các tài li u v đ a hình, vì chính nó là s n

ph m c a m t quá trình di n bi n t i m t th i đi m nào đó C n có đ c ít nh t là

Ngoài ra, còn k t h p ch p các m t c t ngang đ phân tích hình thái m t c t

ngang lòng sông và bi n hình xói b i, làm c s cho vi c tính toán kh i l ng và phân b xói trong đo n sông

V i s li u th c đo các m t c t ngang, c ng có th tính toán l ng xói b i thông qua so sánh di n tích các m t c t ngang d i cùng m t cao trình n c nh t

đ nh Khi đã có l ng xói b i t i các m t c t thì có th c tính kh i l ng xói b i trong các đo n sông mà các m t c t ngang đó kh ng ch

b) Phân tích di n bi n trên m t c t d c

nghiên c u s bi n hóa xói b i theo chi u d c c a lòng sông, có th ch p

k , thông qua phân tích, đ i chi u đ đ a ra các nh n xét v các bi n đ i c a h sâu, ng ng c n

2.3 NH N XÉT CHUNG

Lu n v n đ c p đ n v n đ t ng tác gi a dòng ch y – lòng d n và công trình ch nh tr sông, là v n đ ph c t p, nh y c m và khó kh n trong khoa h c ch nh

tr sông, vì nó tích h p 3 l nh v c c h c: ch t l ng (n c), ch t r n (công trình) và

ch t r i (lòng sông) gi i quy t m t ph n nh nh ng v n đ này trong lu n v n

s d ng ph ng pháp phân tích s li u th c đo đ làm sáng t nh ng n i dung

nghiên c u, c th nh sau:

v i ch đ dòng ch y s d ng ph ng pháp ch nh lý, phân tích ch đ dòng ch y (l u l ng, m c n c, bùn cát), xây d ng quan h l u l ng – m c n c (Q – H) qua các th i k , xác đ nh t l phân l u sang sông u ng;

3.1.1 c đi m các công trình h th ng th ng ngu n h th ng sông H ng

Hi n nay, trên th ng ngu n h th ng sông H ng đã đ a vào ho t đ ng c a

- Cao trình m c n c dâng gia c ng: 122m;

- Cao trình m c n c tr c l : 98,8m (sau khi S n La đ a vào ho t đ ng);

;

đ m b o ch ng l an toàn và nâng cao hi u ích phát đi n, quy đ nh 3 th i

k v n hành trong mùa l nh sau:

quy đ nh nh sau: S n La là 200m; Hòa Bình là 105m; Tuyên Quang là 105,2m;

Thác Bà là 56m;

- Tr c 25 tháng 6, đ c t l ti u mãn b o v s n xu t và các công trình đang xây d ng h du, vi c v n hành các h ch a nh sau:

trình 107m đ c t l Khi h Hòa Bình đã đ t cao trình 107m mà d báo l u l ng

đ c t l Khi m c n c h đã đ t đ n cao trình 113m mà d báo l u l ng v h

+ Khi m c n c t i Hà N i v t quá cao trình 11,5m, h S n La đ c s

d ng ti p dung tích h đ n cao trình 208m, h Hòa Bình đ c s d ng dung tích h

đ n cao trình 108m đ đi u ti t l Khi m c n c t i Hà N i xu ng d i cao trình 11m, v n hành x n c đ a d n m c n c các h v cao trình m c n c quy đ nh

tr c l