TỔNG QUAN CHUNG VỀ XÓI SAU CỐNG
Khái niệm chung về xói lở hạ lưu công trình
1.1.1 Khái quát chung về tiêu năng
Các biện pháp nhằm tiêu hao năng lượng thừa của dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu qua các công trình trên sông và kênh rất quan trọng Những biện pháp này giúp điều chỉnh phân bố lưu tốc và giảm mạch động, từ đó đưa dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên trong khoảng thời gian ngắn nhất Điều này cũng góp phần rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lưu của công trình.
Các hình thức tiêu năng phổ biến bao gồm tiêu năng đáy, với các phương pháp như đào bể, xây tường hoặc kết hợp bể tường; tiêu năng mặt; tiêu năng phóng xa; và một số hình thức tiêu năng đặc biệt khác.
Về lưu lượng tính tiêu năng, một số quốc gia dựa vào tần suất thiết kế đập tràn, trong khi một số khác áp dụng tần suất cụ thể Tại Việt Nam, hiện chưa có quy định rõ ràng về lưu lượng này Lý thuyết cho thấy lưu lượng tính tiêu năng là lưu lượng tạo ra năng lượng thừa lớn nhất, nhưng cơ chế tiêu hao năng lượng dư ở hạ lưu lại rất phức tạp, khiến việc tính toán theo tiêu chuẩn này không đảm bảo tiêu hao hết năng lượng dư trong mọi trường hợp.
1.1.2 Các hình thức tiêu năng
1.1.2.1 Tiêu năng dòng đáy: a Nguyên lý chung: Tiêu năng dòng đáy là hình thức lợi dụng nội ma sát để tiêu hao năng lượng thừa Tức là tìm biện pháp công trình sao cho toàn bộ năng lượng thừa bị tiêu hao trong nước nhảy ngập với hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1 Nhóm giải pháp này gồm: đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp Ngoài ra ta có thể kết hợp với một số các thiết bị tiêu năng phụ như mố nhám, dầm tiêu năng, tường hướng dòng, thay đổi độ dốc của bể cho phù hợp với mực nước hạ lưu
Tiêu năng đáy là giải pháp tối ưu cho các công trình tháo nước ở khu vực có cột nước thấp và địa chất nền yếu, đồng thời phù hợp với những nơi có mực nước hạ lưu biến đổi Để đảm bảo hiệu quả, việc xác định độ sâu đào bể là rất quan trọng.
Hình 1.1: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng
- Công thức tính toán: dbể = hb - hh - ∆Z (1-1)
- Trong đó: d bể : Chiều sâu đào bể; hb: Độ sâu cuối bể; hb= σ.h”; h h : Độ sâu mực nước hạ lưu;
∆Z: Độ chênh mực nước cuối bể và hạ lưu, xác định theo quy luật đập tràn đỉnh rộng c Xác định chiều cao tường:
Hình 1.2: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng
C: Chiều cao tường tiêu năng; hb: Độ sâu cuối bể; hb= σ.h”;
H t : Cột nước tràn của tường tính toán coi tường là đập thực dụng ln l b p E' 0 Eo l roi h h h b l' d
- Khi tính toán tường tiêu năng thì phải kiểm tra lại nước nhảy sau tường để có giải pháp công trình phù hợp d Xác định bể tường kết hợp:
Hình 1.3: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp
+ Tìm độ sâu bể tối thiểu d0để có nước nhảy tại chỗ ngay trong sân tiêu năng (tính toán như bể tiêu năng)
+ Tìm chiều cao bể tối đa C0 để có nước nhảy tại chỗ ngay sau tường tiêu năng (tính toán như tường tiêu năng)
Để xác định chiều dài bể tiêu năng, cần chọn các giá trị d = d0 + ∆d để đảm bảo nước nhảy ngập trong sân tiêu năng với hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1 Đồng thời, điều chỉnh C = C0 - ∆C để nước nhảy ngập sau tường.
L r : chiều dài nước rơi, được xác định theo công thức:
+ Với đập tràn thực dụng mặt cắt hình thang: Lr = 1,33 H 0 ( p+0,3H 0 )
+ Với đập tràn thực dụng có cửa van: Lr =2 H 0 ( p +0 , 32 a )
+ Với đập tràn đỉnh rộng: Lr = 1,64 H 0 ( p+0,24H 0 )
+ Với đập dạng bậc: Lr = p+hk
+ Với đập tràn mặt cắt hình cong: Lr = 0
L 1 : chiều dài nước nhảy, được xác định theo công thức:
Với: p: Chiều cao ngưỡng tràn so với bể a: Độ mở cửa van
K: Lấy theo tỷ số h”/h’ (bảng 2-1 [nối tiếp và tiêu năng T.Quý] β: Hệ số lấy bằng 0,7-:-0,8 f Hình thức tiêu năng của Cục khai hoang Hoa Kỳ:
Hiện nay, việc tính toán cụ thể cho các công trình tiêu năng là rất quan trọng Theo xu hướng chung, nhiều công trình đang áp dụng các tiêu chuẩn của Mỹ và các nước châu Âu, chẳng hạn như việc sử dụng các bể tiêu năng đã được tiêu chuẩn hóa.
Hình 1.4: Bể tiêu năng kiểu III Hình 1.5: Bể tiêu năng kiểu II
1.1.2.2 Tiêu năng dòng mặt a Điều kiện áp dụng
- Nền công trình cấu tạo địa chất yếu, mềm
- Bậc thụt ở hạ lưu có đỉnh thấp hơn mực nước hạ lưu, thỏa mãn điều kiện: a > a min = 0,27h k – 4,32h
- Điều kiện để nối tiếp chảy mặt ổn định a/P > 0,2
Trong đó: hk: Là độ sâu phân giới trên dốc, h là độ sâu mũi bậc)
P: chiều cao công trình tràn
- Lưu lượng qua công trình vừa và lớn, nhưng chênh lệch mực nước thượng hạ lưu không lớn lắm
- Bờ hạ lưu công trình cần phải ổn định
- Đối với những nơi có lưu lượng lớn thì nên chọn tiêu năng dòng phễu và hh lớn sẽ có hiệu quả cao hơn
Hình 1.6: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt b Bố trí và tính toán tiêu năng dòng mặt
Nguyên tắc bố trí bậc mũi phun cần được thiết kế với hình dạng và kích thước tối ưu nhằm đảm bảo hiệu quả tiêu năng cao nhất, đồng thời giảm thiểu xung vỗ hạ lưu Việc này cũng cần có các giải pháp bảo vệ hạ lưu một cách hiệu quả.
- Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn không có cửa van
+ Không tạo dòng phun với lưu lượng nhỏ nhất
Trong thiết kế hệ thống phun nước, cần lưu ý rằng không có dòng hồi lưu với lưu lượng lớn nhất Chiều cao bậc phải lớn hơn chiều cao nhỏ nhất của amin, được tính bằng công thức E a min = 0,27h k – 4,32h Ngoài ra, công thức a min =(4,05 3 F rc −η) h cũng rất quan trọng, trong đó h k là độ sâu phân giới và h là chiều dày lớp nước trên mũi phun bậc.
= 1 với V1 là lưu tốc trên mũi bậc; η = 0,4φ + 8,4 với φ là góc giữa tiếp tuyến của đường cong tại chỗ dòng chảy đi qua mũi phun và phương ngang
- Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn cửa van: Nguyên tắc thiết kế là phải căn cứ vào chiều sâu mực nước hạ lưu hh:
+ h h phải đảm bảo trong suốt quá trình vận hành sao cho ứng với mọi cấp lưu lượng đều có chế độ chảy mặt
+ Khi mực nước hạ lưu nhỏ phải chọn góc nghiêng cho hợp lý
- Góc nghiêng ở đỉnh bậc θ: đối với tiêu năng dòng mặt thì đỉnh bậc nằm ngang, chỉ trong trường hợp hhnhỏ thì thiết kế bậc có góc nghiêng nhỏ
1.1.3 Nghiên cứu về xói cục bộ hạ lưu công trình
Tất cả các dòng chảy đều có xu hướng cân bằng, nhưng sự thay đổi điều kiện biên và năng lượng tự nhiên của dòng chảy dẫn đến việc tập trung dòng chảy, làm tăng tốc độ và tạo ra động năng thừa Điều này gây ra xói lở, làm thay đổi kích thước và hình dạng của lòng dẫn ở hạ lưu, đặc biệt là tại chân công trình, nơi có lưu tốc lớn và phân bố không đều, cùng với mạch động lưu tốc và áp lực cao.
1.1.3.2 Quá trình xói có thể chia làm ba giai đoạn[Nối tiếp và tiêu năng]
+ Giai đoạn đầu: Xói trong thời gian tương đối ngắn, hố xói được tạo nên rất nhanh
Giai đoạn hai của xói mòn diễn ra từ từ, với sự hủy hoại lòng dẫn xảy ra một cách tương đối chậm rãi Thời gian kéo dài của giai đoạn này là rất lớn.
Giai đoạn ba của quá trình xói mòn diễn ra khi sự mở rộng của xói đến một chiều dài nhất định ở hạ lưu, dẫn đến việc giảm cao trình đáy của lòng dẫn Thời gian kéo dài của giai đoạn này phụ thuộc vào độ dốc của lòng dẫn.
Xói cục bộ của lòng dẫn ngay sau chân công trình thủy lợi có rất nhiều nguyên nhân khác nhau:
- Do không tiêu hao hết năng lượng thừa của dòng nước từ thượng lưu đổ về hạ lưu
Việc co hẹp lòng dẫn do xây dựng công trình đã làm tăng đáng kể lưu lượng đơn vị và lưu tốc dòng chảy so với điều kiện tự nhiên Kết quả là, ở hạ lưu công trình, dòng chảy xuất hiện với mạch động lớn về lưu tốc và áp lực.
Hình thức, kích thước và vật liệu không hợp lý ở nhiều bộ phận kết cấu công trình có thể tạo ra những hiện tượng thủy lực, từ đó dẫn đến sự xuất hiện xói.
- Dòng chảy qua công trình vượt qua sức chịu theo thiết kế của nó
Xói có thể xảy ra với chế độ chảy đáy và cả chế độ chảy mặt ở hạ lưu công trình
Xói sau công trình dẫn nước đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, dẫn đến những nghiên cứu về nguyên nhân và bản chất của hiện tượng này Các nghiên cứu đã đạt được kết quả nhất định về kích thước và hình dạng của hố xói, cũng như sự phát triển của xói theo thời gian.
Xói cục bộ sau công trình thủy lợi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau:
+ Các yếu tố công trình :
- Hình dạng kích thước và vị trí cửa van
- Chiều dài toàn bộ đọan gia cố
- Hình thức và kích thước thiết bị tiêu năng
- Chiều rộng tràn nước và chiều rộng lòng dẫn hạ lưu
- Hình dạng và kích thước mố trụ
- Hình dạng mặt cắt tràn
- Hình dạng và kích thước công trình nối tiếp
+ Các yếu tố thuỷ lực, thuỷ văn:
- Khối lượng riêng của nước, hệ số nhớt động học
- Lưu tốc trung bình mặt cắt
- Sự phân bố của lưu tốc biểu thị qua hệ số Coriolis: α
- Mức độ chảy rối của dòng chảy
- Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu
- Hàm lượng bùn cát trong dòng nước
+ Các yếu tố của đất nền:
- Khối lượng riêng của đất nền
- Hình dạng, kích thước hạt
- Đường cong cấp phối hạt
- Các chỉ tiêu cơ lý khác của đất nền.
Đặc điểm cống vùng triều
1.2.1 Đặc điểm cống vùng triều
Cống vùng triều được xây dựng dưới đê biển hoặc cửa sông ven biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp từ chế độ thuỷ triều Chức năng chính của các cống này bao gồm tiêu nước, lấy nước và ngăn triều, đồng thời nhiều cống còn phục vụ giao thông thuỷ cho thuyền bè di chuyển.
Cống thường được thiết kế theo sơ đồ lộ thiên hoặc ngầm, trong đó cống lộ thiên thường sử dụng các loại van như van phẳng, van cung và van tự động Gần đây, van tự động trở nên phổ biến, đặc biệt ở đồng bằng Nam Bộ, nhờ vào khả năng tự động đóng mở dựa trên chênh lệch cột nước thượng hạ lưu Loại van này rất phù hợp cho các cống vùng triều, nơi có mực nước sông và biển thường xuyên thay đổi.
Van tự động có cấu trúc đa dạng, bao gồm trục ngang, trục đứng một cánh và trục đứng hai cánh Van trục ngang thường được sử dụng cho cửa có nhịp nhỏ và không yêu cầu giao thông thủy, trong khi van trục đứng có ứng dụng rộng rãi hơn Một yếu tố quan trọng khi lắp đặt van là khả năng áp sát trụ khi mở, nhằm tránh cản trở dòng chảy và không tạo ra dòng xiên ở hạ lưu.
Mực nước thượng hạ lưu thường xuyên biến động, dẫn đến chế độ chảy qua cống không ổn định, có khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái khác nhau như từ chảy ngập sang ngập lặng hoặc nước nhảy sóng.
Hình 1.7 minh họa sơ đồ cống và hố xói, cho thấy rằng trong khu vực kín, thủy triều chỉ ảnh hưởng ở một phía cống, trong khi ở các lưu vực mở, thủy triều tác động đến mực nước cả hai phía cống, làm cho chế độ chảy trở nên phức tạp Việc xác định các yếu tố này cần xem xét trong hệ thống liên hoàn của cống, kênh dẫn và vùng chứa Đối với cống vùng triều, nguyên nhân gây xói lở hạ lưu cần được phân tích từ cả hai mức nước Khi triều thấp, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn có thể tạo ra năng lượng thừa gây xói nếu không được tiêu hao hết Ngược lại, khi triều cao, chênh lệch mực nước nhỏ không đủ năng lượng để tạo thành nước nhảy tại chỗ, dẫn đến hiện tượng nước nhảy sóng vượt ra ngoài phạm vi công trình và gây xói lở lòng dẫn.
Dòng chảy ở hạ lưu cống khuếch tán bị ảnh hưởng bởi việc đóng mở các cửa van không đồng bộ, dẫn đến sự không đều trong lưu lượng nước Đặc biệt, đối với cống có van tự động trục đứng, khi cửa van không mở hoàn toàn, điều này gây ra hiện tượng lệch dòng, làm cho lưu lượng nước tập trung vào một số luồng nhất định, từ đó gây xói mòn đáy cống hoặc hai bờ khi nước ra khỏi sân sau cống.
Tổng bề rộng cống (∑b) thường nhỏ hơn bề rộng kênh hạ lưu, dẫn đến hiện tượng dòng chảy ra khỏi bể tiêu năng tách khỏi bờ kênh, hình thành các xoáy nước có trục đứng ở hai bên bờ Các xoáy này thường lệch nhau, gây ra dòng chảy ngoằn ngoèo ở hạ lưu cống và trạng thái này duy trì trên đoạn dài, vượt quá chiều dài sân sau, gây xói đáy và xói hai bờ ở đoạn kênh nối tiếp ngay sau sân sau.
Các điều kiện như mực nước hạ lưu thay đổi thường xuyên, dòng chảy khuếch tán không đều và cống mở rộng đột ngột dẫn đến việc gia tăng biên độ và phạm vi tác động của mạch động lưu tốc và áp lực trong dòng chảy ở hạ lưu cống Điều này góp phần gây xói mòn trên một diện rộng của kênh hạ lưu, nối tiếp với sân sau.
Các cống ở đồng bằng ven sông và ven biển thường được xây dựng trên nền đất mềm yếu, dẫn đến tình trạng xói lở nghiêm trọng, đặc biệt trong điều kiện mạch động có biên độ lớn Sự xói lở này phổ biến ở hạ lưu các cống vùng triều, gây đe dọa cho hoạt động của nhiều công trình Ví dụ, cống Cầu Xe (Hải Dương) bị xói sâu 11,3m, cống Ngô Đồng (Nam Định) xói 9,9m, và cống Vàm Đồn (Bến Tre) xói 7,4m.
1.2.2 Các dạng đặc trưng của xói hạ lưu cống vùng triều
1.2.2.1 Hình thành hố xói sau bể tiêu năng
Vị trí xói đầu tiên xuất hiện tại ranh giới giữa phần gia cố (sân sau) và phần không gia cố (kênh đất) Khi hố xói phát triển, nó sẽ dẫn đến sự sụp đổ dần dần của lớp gia cố ở sân sau và tiến về phía bể tiêu năng Tại nhiều cống, hố xói đã khoét sâu xuống dưới đáy bể tiêu năng, như trường hợp cống Phát Diệm - Ninh Bình, gây ra nguy cơ sụp đổ và gãy phần bể tiêu năng, đe dọa an toàn của cống.
Sân sau Phạm vi hố xói hình thành
Hình 1.8: Hình thành hố xói sau bể tiêu năng 1.2.2.2 Xói lở ở vai sau tường cánh
Dạng hư hỏng phổ biến ở các cống vùng triều thường xuất hiện tại những cống có sự mở rộng đột ngột ở hạ lưu Sự xói lở vai bắt đầu hình thành tại khu vực chuyển tiếp lòng dẫn và phát triển cùng với sự xuất hiện của các xoáy bên Hố xói ở phần chân mái là nguyên nhân chính dẫn đến trượt mái, làm cho mặt trượt lấn sâu vào bộ phận gia cố và gây hư hỏng cho bộ phận tiêu năng sau cống.
Tổng quan chung tình hình thiết kế và kết cấu tiêu năng cống vùng triều
Tại các tỉnh ven biển Việt Nam, nhiều cống đã được xây dựng để lấy nước, tiêu úng, ngăn mặn và xô phèn nhằm phục vụ sản xuất và đời sống Tuy nhiên, hiện tượng xói lở xảy ra sau cống ngày càng phổ biến và có thể trở nên nghiêm trọng.
Khẩu diện Cột nước H Chiều sâu xóiTmax
Rõng I Nam Hà 22 3,9 3,3 0,85 100 26 Âm Sa Nam Hà 10 3 3,5 1,17 45 15
Bảng 1.1: Tình hình xói lở một số cống vùng triều
Sự xói lở sau cống thể hiện qua hố xói sâu và kéo dài, với cống Cầu Xe có hố sâu lên đến 11,3m từ đáy kênh hạ lưu, trong khi hố xói cống Lân dài tới 140m So với cột nước làm việc, tỷ lệ T/H dao động từ 0,64 đến 1,9 và từ 9 đến 31.
Nhiều cống đã bị xói mòn, dẫn đến việc mất toàn bộ sân phủ và móc hàm ếch bị lún xuống dưới bể tiêu năng hoặc dưới tường cánh, gây nguy hiểm cho an toàn công trình Cống Lân đang được xây dựng để khắc phục tình trạng này.
Từ năm 1963, hạ su đã bị xói lở, và đến năm 1971, hố xói được xử lý bằng rồng đá Đến năm 1975, hố xói đã phát triển sâu 6,8m và dài 75m, làm mất hoàn toàn sân phủ Năm 1990, tình trạng xói lở trở nên nghiêm trọng hơn với độ sâu 8m, rộng 115m và dài 140m, ảnh hưởng đến bể tiêu năng, yêu cầu phải có biện pháp xử lý triệt để Cống Vân Đồn tại Bến Tre bắt đầu hoạt động năm 1985, nhưng đến giữa năm 1986, phát hiện xói lở ở cả hai phía cống với độ sâu 7,4m và chiều dài 106m, khiến nhiều tấm bê tông cốt thép bị sập Cuối năm 1986, đã tiến hành xử lý bằng cách đổ 11.000m³ đá hộc, nhưng phần lớn đã bị sập trôi Tháng 9 năm 1988, khảo sát cho thấy hố xói phía biển đã móc hàm ếch dưới bể tiêu năng, với hai hố móc sâu 4m và 1,2m lộ ra các cọc bê tông Cống Cầu Xe ở Hải Dương hiện đang bị xói sâu nhất, dù đã xử lý bằng rọ đá và tấm bê tông nhiều lần, nhưng tình trạng xói lở vẫn không ổn định, đe dọa đến an toàn công trình.
Khi cống bị xói, nền của nó bị phá hủy nghiêm trọng, và dòng nước có thể làm sập cả đá hộc lẫn các tấm bê tông cốt thép Hố xói thường tiến vào dưới bể tiêu năng và chân tường cánh với tốc độ khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình Việc xử lý xói lở nghiêm trọng rất tốn kém, do đó cần xác định nguyên nhân gây ra tình trạng này để có biện pháp xử lý phù hợp Điều này không chỉ giúp quản lý cống hiệu quả hơn mà còn đảm bảo an toàn trong thiết kế và xây dựng cống mới.
Những kết quả nghiên cứu về xói ở trong nước và ở ngoài nước
1.4.1 Những kết quả nghiên cứu về xói ngoài nước
Nghiên cứu xói lở tập trung vào việc tìm kiếm biện pháp ngăn chặn xói hoặc khắc phục các hố xói không lường trước, cũng như lựa chọn kích thước và hình thức thích hợp để kiểm soát xói một cách chủ động Do tính phức tạp của hiện tượng xói lở, việc nghiên cứu cần kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn để đạt hiệu quả cao nhất.
1.4.1.1 Chiều sâu lớn nhất của hố xói Để nghiên cứu xói tại một thời nào đó thì công thức chung nhất để xác định độ sâu của xói có thể viết như sau:
Zmax = f(q, H, hh, Sd, ρ s , ρ w , V, d50, d90, α, k) (1-6) Trong đó: q: Lưu lượng đơn vị
H: Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu hh: Chiều sâu mực nước hạ lưu
Sd: Chiều cao của ngưỡng so với đáy hạ lưu ρ s : Khối lượng riêng của vật liệu nền ρ w : Khối lượng riêng của nước
V: Lưu tốc trung bình mặt cắt d 50 : Đường kính trung bình của vật liệu nền d 90 : Đường kính mà trọng lượng của các hạt không lớn hơn nó chiếm 90%
Phương pháp phân tích thứ nguyên được áp dụng để xây dựng mối quan hệ giữa các đại lượng, từ đó thiết lập các thí nghiệm Qua đó, các công thức thực nghiệm được phát triển nhằm tính toán chiều sâu hố xói, đặc biệt là trong các công trình không có bể tiêu năng.
Các công thức được phát triển từ các thí nghiệm về dòng chảy dưới cửa van phẳng và ngưỡng không tròn, với mục tiêu nghiên cứu chiều sâu tối đa của xói nước Đối với cống xả tràn kết hợp xả đáy, Arun Goel đã thực hiện thí nghiệm với giả định rằng hố xói có hình dạng tam giác, với dung tích được tính theo công thức Vs = 0,5x2d1 Ông cũng đã thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu hố xói, mực nước hạ lưu và tổng lưu lượng qua cống, như thể hiện trong hình 1-17.
Hình 1.9: Sơ đồ tính toán đập xả mặt kết hợp xả đáy
Hình 1.10: Đường quan hệ giữa chiều sâu hố xói và mực nước hạ lưu đập xả mặt kết hợp xả đáy
Các tác giả Masoud Ghodsian, Ardeshir Azar Faradonbeh và Ali Akbar Abbasi đã phát triển một công thức tính toán chiều sâu hố xói cho đập có cột nước tràn tự do, dựa trên công thức chung (1-21).
Hình 1.11: Sơ đồ tính toán xói sau tràn qua đập có cột nước tràn tự do
Hình 1.12: Đường quan hệ giữa tính toán theo công thức 1-19 và đo đạc thực nghiệm
Theo Noel E Bormann đối với xói hạ lưu công trình mái dốc hình 1-12:
Dp: Chiều cao ngưỡng γ s : Khối lượng riêng của vật liệu nền γ: Khối lượng riêng của nước
Y o : Chiều sâu dòng nước trên ngưỡng
Uo là lưu tốc dòng chảy trên ngưỡng, trong khi ds đại diện cho đường kính trung bình của vật liệu nền Góc β thể hiện mối quan hệ giữa đỉnh ngưỡng và điểm sâu nhất của hố xói cùng với chiều cao nước rơi Góc α là độ nghiêng của mái hố xói hạ lưu, còn φ là góc ma sát trong của vật liệu nền.
Hình 1.13: Hố xói sau công trình có mái dốc Theo Vưzgô thí chiều sâu hố xói ổn định gần đúng coi bằng chiều sâu bể tiêu năng:
Trong đó: ε = 2,0 -:- 2,7 : Là hệ số kể đến ảnh hưởng của nền; σ = 1,05 -:- 1,1 b Đối với công trình có bể tiêu năng
Trong đó: α: Hệ số đặc trưng cho sự phân bố lưu tốc;
Ngoài kết quả trên giáo sư Novak còn đưa ra một số kết luận [ ]:
Khi lưu lượng nước không đổi, việc tăng mực nước hạ lưu sẽ dẫn đến sự giảm của dx Khoảng cách từ cuối bể tiêu năng đến vị trí xói sâu nhất đạt giá trị nhỏ nhất khi tỷ lệ hh/p bằng 0,5, trong đó p là chiều cao ngưỡng tràn so với đáy bể tiêu năng.
Việc tăng độ dốc của mái thượng lưu ngưỡng cuối bể dẫn đến sự gia tăng xói mòn, đẩy xói ra xa ngưỡng bất kể lưu lượng nào.
Việc tăng chiều sâu đào bể vượt quá giới hạn cần thiết không giảm thiểu hiện tượng xói mòn Tuy nhiên, khi chiều sâu đào bể tiêu năng được tăng lên, hiện tượng xói mòn sẽ giảm và vị trí sâu nhất của hố xói sẽ gần hơn với ngưỡng an toàn.
Khi tăng chiều cao ngưỡng của bể, hiện tượng xói giảm sẽ xảy ra nếu mực nước hạ lưu đã được xác định Tuy nhiên, độ sâu trên ngưỡng cần phải luôn lớn hơn độ sâu phân giới trên ngưỡng để đảm bảo an toàn.
1.4.1.2 Chiều dài của hố xói
Khi xác định chiều dài hố xói, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu phương pháp dựa trên kết quả thực nghiệm Các kết quả này được chia thành hai nhóm, trong đó nhóm đầu tiên tập trung vào việc tính toán chiều dài hố xói dựa trên chiều sâu của hố xói.
Theo Yurixki, chiều dài hố xói trên nền đá:
Theo Damazin, chiều dài hố xói trên nền đất:
Trong đó: dx: Chiều sâu lớn nhất hố xói; h pg : Chiều sâu phân giới của dòng chảy b: Chiều rộng đáy hố xói; b V kx q q: Lưu lượng đơn vị;
V kx : Lưu tốc cho phép không xói
Theo Arun Goel, hình dạng của hố xói được coi là hình tam giác, và ông đã thiết lập mối quan hệ giữa dung tích hố xói (Vs), lưu lượng dòng chảy (Q) và mực nước hạ lưu (Y).
Hình 1.14: Đường quan hệ Arun Goel dung tích hố xói và chiều sâu mực nước hạ lưu
Các tác giả Masoud Ghodsian và nnk đã thực hiện nghiên cứu dựa trên các yếu tố của dòng chảy và thiết lập các công thức 1-00; 1-00 để xác định thông số của hố xói ở tràn với dòng chảy tự do qua đỉnh Nghiên cứu này bao gồm việc tính toán chiều dài hố xói và các yếu tố liên quan đến dòng chảy cũng như công trình.
Lêvi xác định chiều dài hố xói bằng hiệu số giữa chiều dài tiêu hao năng lượng thừa (L0) và chiều dài gia cố từ chân hạ lưu tràn (Lv), cụ thể là L = L0 - Lv Ông cũng đã đưa ra công thức thực nghiệm dựa trên các nghiên cứu của mình.
Chiều dài hố xói được tính như sau: v rc d L
Các phương pháp xác định chiều dài hố xói theo chiều sâu lớn nhất mang lại ưu điểm về sự đơn giản và nhanh chóng Tuy nhiên, không phải tất cả các loại nền đều có mái hố xói giống nhau Hơn nữa, việc xác định chiều dài hố xói theo chiều sâu lớn nhất cần trải qua nhiều bước tính toán trung gian, do đó có thể phát sinh nhiều sai số.
HIỆN TRẠNG XÓI SAU CÁC CỐNG TỈNH NGHỆ AN
Điều kiện tự nhiên dân sinh kinh tế tỉnh Nghệ An
Nghệ an là một tỉnh đầu phiá Bắc miền trung, vị trớ ở 18 0 30’ đến 20 0 01’ vĩ độ bắc, 103 0 50’ - 106 0 30’ kinh độ đông, tổng diện tích đất tự nhiên 1.648.723 ha, trong đó:
Miền núi và trung du 1.401.415 ha (chiếm 85% diện tích toàn tỉnh), Diện tích rừng 737.628 ha, diện tích đất nông nghiệp là 195.944 ha, chiều dài bờ biển gần 100km
Tỉnh có địa hình đồi núi phong phú, đặc biệt là khu vực phía tây với mật độ sông suối dày đặc (0,6-0,7 km/km²) Sông Cả, sông lớn nhất trong tỉnh, có diện tích lưu vực lên tới 27.380 km² và chiều dài 400 km trong lãnh thổ Việt Nam, cùng với nhiều con sông nhỏ khác tạo nên hệ thống thủy văn đa dạng.
Nằm ở trung tâm vùng Bắc Trung bộ của Việt Nam, trên tuyến giao lưu Bắc
Nam và Đông Tây, tỉnh Nghệ An, sở hữu điều kiện tự nhiên đa dạng như một phiên bản thu nhỏ của Việt Nam, với các vùng địa hình phong phú gồm miền núi, trung du, đồng bằng và ven biển Tỉnh này có hệ thống giao thông hoàn chỉnh bao gồm đường bộ, đường sắt, hàng không, đường biển và đường thủy nội địa, đóng vai trò là cầu nối giữa hai miền Bắc - Nam và là tuyến quan trọng trong hành lang kinh tế Đông - Tây, kết nối Thái Lan, Lào, Mianma với Cảng Cửa Lò Nghệ An được chia thành 20 đơn vị hành chính, bao gồm 17 huyện, 2 thị xã và Thành phố Vinh, đô thị loại 1, là trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa của tỉnh.
An và là trung tâm kinh tế văn hóa của cả vùng Bắc Trung bộ
Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1.800-2.200mm, với 50-70% lượng mưa tập trung vào các tháng mùa lũ từ tháng 8 đến tháng 10, gây ra lũ chính vụ Ngoài ra, từ tháng 4 đến tháng 5, thường xảy ra lũ tiểu mạn.
Lượng mưa ngày lớn nhất đó xuất hiện 778mm ở Đô Lương ngày 27/9/1978; ở Phúc tăng (Yên Thành) 571,6mm (ngày 26/9/1978); Quán Hài (Yên Thành) 529,6mm (ngày 27/9/1978)
Trong các đợt mưa kéo dài từ 3 đến 7 ngày, lượng mưa ghi nhận tại Đô Lương đạt 1.639mm (từ 25/9 đến 29/9/1978), tại Phúc Tăng (Yên Thành) là 1.664mm (trong khoảng thời gian từ 16/9 đến 23/9 và từ 26/9 đến 29/9/1978), Quỳ Hợp ghi nhận 1.540mm (từ 26/9 đến 29/9/2009), và Vinh có lượng mưa 1.300mm (ngày 02/01/1974).
- Tình hình nhiệt độ: số giờ nắng bình quân của tỉnh là 1.600 giờ/năm; nhiệt độ cao nhất là Tương Dương 42,7 0 C (ngày 12/5/1966); thấp nhất là ở Quỳ Hợp -0,3 0 C (ngày 02/01/974)
- Tình hình bốc hơi: Bốc hơi bình quân các trạm đo trong tỉnh là 991,3mm/năm
Hàng năm có 2-3 cơn bão đổ bộ trực tiếp hoặc có ảnh hưởng đến Nghệ An và thường xuất hiện từ tháng 7 đến tháng 11
Gió Lào khô nóng thường xuất hiện từ tháng 4 đến tháng 8, với khoảng 20-30 ngày gió Lào mỗi năm Tại các thung lũng phía Tây, số ngày gió Lào có thể lên tới 40 đến 50 ngày, gây ra tình trạng khô nóng và hạn hán nghiêm trọng.
2.1.2 Tình hình kinh tế xã hội
Dân số của Tỉnh là: 3.113.055 người, trong đó sản xuất nông nghiệp là 2.350.000 người (chiếm 75% dân số toàn tỉnh)
Tổng thu toàn tỉnh đạt 78.594 tỷ đồng, trong đó thu từ kinh tế nông nghiệp chiếm 23% với 18.234 tỷ đồng Ngành nông nghiệp, đặc biệt là trồng trọt và chăn nuôi, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo việc làm và thu nhập, góp phần ổn định cuộc sống cho phần lớn dân cư trong tỉnh.
Nghệ An, tỉnh có diện tích tự nhiên lớn nhất cả nước với 16.499,03 km², sở hữu thế mạnh về đất nông nghiệp và đang hướng tới nền sản xuất hàng hóa Các sản phẩm chủ lực như lạc, vừng, chè, cà phê, cao su, cam, dứa và mía không chỉ có giá trị cao mà còn được xuất khẩu ra nhiều quốc gia Định hướng phát triển của tỉnh sẽ mở rộng diện tích cây công nghiệp và nguyên liệu Bên cạnh đó, Nghệ An có tổng đàn gia súc lớn với hàng trăm nghìn con bò và hàng triệu con gia cầm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến nông sản.
Rừng và đất rừng ở tỉnh Nghệ An là một thế mạnh lớn với diện tích khoảng 745.000 ha và trữ lượng gỗ phong phú, bao gồm nhiều loại gỗ quý hiếm Khu vực này cũng trồng các loại cây như tre, nứa và cây nguyên liệu giấy Ba khu bảo tồn thiên nhiên Pù Mát, Pù Huống và Pù Hoạt, được UNESCO công nhận là Khu dự trữ sinh quyển Tây Nghệ An, nằm ở phía Tây và Tây Bắc của tỉnh, sở hữu hệ sinh thái động thực vật đa dạng với nhiều loài quý hiếm Ngoài ra, Nghệ An còn nổi tiếng với nhiều danh lam thắng cảnh như Thẩm ồm, Thẩm Bua, thác Khe Kèm và Sao va, thu hút du khách bởi vẻ đẹp nguyên sơ.
Nghệ An sở hữu 82km bờ biển và diện tích lớn cho khai thác thủy hải sản, với sản lượng hàng năm đạt trên 100.000 tấn, bao gồm nhiều loại hải sản giá trị cao như tôm, cua, cá thu và cá ngừ, tạo điều kiện thuận lợi cho các dự án nuôi trồng và chế biến thủy sản Khu vực này còn nổi tiếng với nhiều bãi biển đẹp như Cửa Lò, Bãi Lữ, Diễn Thành và Quỳnh Phương, cùng hệ thống hạ tầng dịch vụ hoàn hảo, bao gồm các khách sạn 4-5 sao và khu resort cao cấp Nghệ An đón hơn 3 triệu lượt khách du lịch mỗi năm, và từ năm 2010, tổ hợp khách sạn sân golf và biệt thự cao cấp Cửa Lò đã chính thức hoạt động, trở thành điểm đến lý tưởng cho du khách và nhà đầu tư trong và ngoài nước.
Nghệ An, nằm trong vùng eo biển phía nam Vịnh Bắc Bộ, là khu vực chịu ảnh hưởng nhiều từ bão Theo thống kê của đài thủy văn Bắc Trung Bộ, từ năm 1967 đến 1989, có 34 cơn bão đã đổ bộ vào vùng Nghệ Tĩnh, trong đó có 8 cơn bão cấp 12 và 11 cơn bão cấp 11 Điều này cho thấy, khoảng 56% số cơn bão vào Nghệ An có sức gió từ cấp 11 trở lên.
Nghệ An có 82 km bờ biển và 7 cửa sông chính đổ ra biển, khiến khu vực này dễ bị ảnh hưởng bởi nước dâng khi bão xảy ra Khi bão với gió mạnh kết hợp với triều cường, nước mặn có thể tràn qua hệ thống đê biển và xâm nhập vào nội địa, gây thiệt hại nghiêm trọng cho mùa màng, cơ sở vật chất và đời sống kinh tế của người dân.
Những hình thái thời tiết chính gây mưa lũ ở Nghệ An bao gồm bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh và sự tương tác của dải hội tụ nhiệt đới với áp cao Thái Bình Dương Những hiện tượng này thường dẫn đến các đợt mưa liên tiếp hoặc kéo dài, gây ra tình trạng ngập úng nghiêm trọng.
Bão và lũ lụt có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc và an toàn của cống
Khi có mưa lớn, dòng chảy tăng cao và mực nước thượng lưu dâng lên, lưu tốc và lưu lượng nước chảy xuống hạ lưu có thể vượt quá tần suất tính toán Điều này dẫn đến hiện tượng xói lở ở hạ lưu công trình, đồng thời lưu tốc dòng chảy lớn kết hợp với mưa sẽ làm bào mòn đất ở hai bên bờ sông.
+ Mưa lớn kéo dài tạo nên lưu lượng lũ cao có khi vượt mấy lần lưu lượng thiết kế làm cho công trình hư hỏng nặng
Khi mực nước thượng lưu tăng, áp lực thấm dưới đáy công trình cũng tăng theo, dẫn đến việc dòng thấm có thể cuốn trôi vật liệu hạt, gây ra hiện tượng xói lở sân sau công trình.
Trong trường hợp lũ bất thường với dòng chảy lớn do tính toán lũ thiết kế không chính xác, lưu lượng lũ có thể vượt quá khả năng điều tiết của công trình tràn qua đập, dẫn đến lưu tốc ở hạ lưu vượt quá mức cho phép, gây ra nguy cơ xói mòn.
Cửa hội Cửa biển lạch vạn
Sông bùng sô ng la m sông cấm
Hình 2.1: Bình đồ vị trí cống vùng triều tỉnh Nghệ An
Hiện trạng xói và phân loại xói sau các cống vùng triều tỉnh Nghệ An 30 1 Hiện trạng của các cống vùng triều tỉnh Nghệ An
Tỉnh Nghệ An hiện có khoảng 271 cống lớn với các chức năng khác nhau, bao gồm 124 cống lấy nước, 62 cống điều tiết và 85 cống tiêu nước Trong số các cống tiêu nước, có 6 cống chịu ảnh hưởng của triều, 2 cống đã hư hỏng nặng, trong khi 4 cống đã được sửa chữa và vẫn đang hoạt động.
Cống đang sử dụng tốt 66,7%
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn các loại cống trong công trình thuỷ lợi Nghệ An
Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phân loại cống vùng triều theo hiện trạng sử dụng
Các cống vùng triều được xây dựng từ năm 2002 trở về trước, trong đó một số cống có tuổi đời từ những năm 30 của thế kỷ trước Mỗi cống có từ 1 đến 10 cửa, với cao trình đáy cống dao động từ (-2) đến (-3) Qua nhiều năm, hầu hết các cống đã bị xói lở hạ lưu, với hố xói có độ sâu từ 1 đến 4m, chiều rộng từ 5 đến 50m, và chiều dài từ 7 đến 70m.
Qua nhiều năm, hố xói hạ lưu của một số cống đã tương đối ổn định Tuy nhiên, tại một số cống khác, hố xói đang ngày càng phát triển và tiến sâu vào thân cống, đe dọa đến an toàn của cống và hệ thống đê điều.
TT Tên cống Năm Khẩu diện Hình thức cống
K thước hố xói số lần s.chữa
Bảng 2.1: Hình thức và hiện trạng cống vùng triều tỉnh nghệ An
2.2.2 Phân loại hình thức xói sau các cống vùng triều
2.2.2.1 Phân loại theo hình thức xói
Theo thống kê, toàn tỉnh có khoảng 6 cống vùng triều bị xói lở hạ lưu với nhiều hình thức khác nhau Nhiều cống đã trải qua nhiều lần sửa chữa và nâng cấp nhưng vẫn tiếp tục bị hư hỏng Các hình thức xói lở hạ lưu có thể được phân loại đa dạng.
- Xói ổn định và xói không ổn định
- Xói với nền đất và xói với nền đá
- Xói có bãi bồi và xói không có bãi bồi
- Xói không bồi hoàn và xói có bồi hoàn trở lại
- Xói có dự báo trước và xói không có dự báo trước
Nghiên cứu về xói lở là cần thiết để đưa ra các biện pháp ngăn chặn sự xuất hiện của xói hoặc khắc phục các hố xói không được dự báo trước Việc lựa chọn kích thước và hình thức phù hợp sẽ giúp chủ động trong việc kiểm soát và ứng phó với hiện tượng xói lở.
STT Hình thức xói Số lượng
Tỷ lệ % trên tổng số cống bị xói
Xói không có bổi hoàn 6 100
3 Xói có dự báo trước 0 0
Xói không có dự báo trước 6 100
Xói không có bãi bồi 6 100
Bảng 2.2:Phân loại theo hình thức xói 2.2.2.2 Phân loại theo chức năng, nhệm vụ,cấp công trình
STT Phân loại Số lượng
Tỷ lệ % trên tổng số cống bị xói
Bảng 2.3:Phân loại theo chức năng, nhệm vụ,cấp công trình
2.2.2.3 Phân loại theo vị trí đặt cống,hình thức tiêu năng, hình thức cửa van
STT Phân loại Số lượng Tỷ lệ % trên tổng số cống bị xói
2 Tiêu năng Tiêu năng đáy 6 100
Bảng 2.4: Phân loại theo hình thức, tiêu năng, cửa van
Đánh giá xói sau cống vùng triều
2.3.1 Đánh giá thực tế một số cống bị xói lở bất lợi
Nhiều cống vừa và lớn tại Nghệ An đang gặp tình trạng xói lở hạ lưu, dẫn đến mất ổn định công trình và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp cũng như phát triển kinh tế xã hội Việc sửa chữa các công trình này tiêu tốn hàng tỷ đồng, vì vậy cần quan tâm đến quá trình xói lở của những cống quan trọng trong khu vực.
Cống Diễn Thủy, được đưa vào hoạt động từ năm 1980, có vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát nước cho 20 km² đất nông nghiệp tại huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An Công trình này đã góp phần thay đổi đáng kể bộ mặt kinh tế - xã hội và nâng cao đời sống của người dân lao động trong khu vực.
Cống Diễn Thuỷ có 3 cửa, mỗi cửa rộng 8m, cao trình đáy cống -2,0m, cao trình đỉnh cống +3,5m Kết cấu cống là cống hộp làm bằng BTCT
Cống tiêu năng được thiết kế với bể tiêu năng, bao gồm đoạn sân thứ nhất gia cố bằng bê tông cốt thép dày 0,6m và dài 12m, cùng với hai hàng mố tiêu năng Đoạn sân thứ hai có chiều dài 25m, cũng được gia cố bằng bê tông cốt thép và đá ghép lát khan Hố xói tiêu năng ở hạ lưu dài 10m, trong khi phía thượng lưu có đoạn bảo vệ dài 30m Kể từ năm 1980, cống hoạt động tốt, không có hư hỏng lớn, chỉ ghi nhận hiện tượng sạt lở đá lát mái kênh và xói hố chưa sâu Tuy nhiên, từ năm 1992, hố xói phát triển mạnh với tâm hố xói ở cao trình -5,5m Năm 1994, hố xói đã được xử lý bằng cách thả đá hộc và rồng tre vuông góc với hướng nước chảy, nhưng hiện tại, xói ở sân sau thứ hai vẫn chưa được sửa chữa.
Bảng 2.5: Bảng tính toán xói cho cống Diễn Thủy
Cống Rào Đừng I (5 cửa) xây dựng năm 1959, Cống Rào Đừng II xây dựng năm 1968 Địa hình thượng hạ lưu cống đã bị xói rất sâu Do vây năm 2004
UBND tỉnh Nghệ An đã có quyết định phê duyệt làm lại cống mới cách cống cũ
75m về phía Hưng Hòa Có nhiệm vụ tiêu thoát nước cho 82Km 2 khu vực phía Bắc
TP Vinh và các xã phía nam huyện Nghi Lộc sử dụng nguồn nước từ sông Lam để tưới cho 230 ha cói tại xã Hưng Hòa, TP Vinh và xã Nghi Thái, huyện Nghi Lộc, nhằm mục đích chống lũ sông hiệu quả.
Lam chảy vào khu vực gây ngập úng và ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân Cống có khẩu độ tổng cộng 24m, gồm 10 cửa hình vuông với kích thước mỗi cửa là 2,4m x 2,4m, và cao trình đáy là -1,50m.
BTCTM200 Đá xây Đá hộc
Hình 2.4: Cắt dọc cống Rào Đừng
Sân tiêu năng phía sông có chiều dài L bể m, chiều rộng đầu bể 24,6m và cửa bể 31,6m, trong khi sân tiêu năng phía đồng có chiều dài L bể m, chiều rộng đầu bể 24,6m và cửa bể 29,85m Các sân tiêu năng được bố trí mố cản với hai hàng so le nhau Gia cố sân thứ hai phía sông có kích thước L8m, B`m, và sân phía đồng có chiều dài L3m, B`m Sân sau thứ ba được gia cố bằng xếp đá chống xói với kích thước phía sông Lm, B`m và phía đồng L=9m, B`m Nền bể tiêu năng được gia cố bằng cọc tre φ6-φ8 dài 3m với mật độ 25 cọc/m² Từ khi đưa vào sử dụng năm 2004, cống vẫn hoạt động tốt và không có hư hỏng trong kết cấu công trình Tuy nhiên, hiện tại đã xuất hiện tình trạng xói ở sân sau thứ ba chưa được xử lý.
0 20 1,8 1,28 3,83 Bảng 2.6:Bảng tính toán xói cho cống Rào Đừng
Cống Hói Cống được xây dựng và đưa vào vận hành sử dụng năm 2000
Cống có nhiệm vụ tiêu thoát nước cho khoảng 35 km² huyện Nghi Lộc, nhằm chống lũ sông Lam gây ngập úng và ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của người dân Cống có khẩu độ tổng là 6,6m, bao gồm 3 cửa hình vuông với kích thước mỗi cửa là 2,2m x 2,2m, và cao trình đáy đạt -1,20m.
Sân tiêu năng phía sông có chiều dài L bể m, chiều rộng đầu bể 9,75m và cửa bể 14,02m, trong khi sân tiêu năng phía đồng có chiều rộng đầu bể 8,84m và cửa bể 13m Cấu trúc sân tiêu năng được thiết kế với mố cản và hai hàng so le nhau cho mỗi bể Gia cố sân thứ hai phía sông có chiều dài L0m, Bm, và sân phía đồng có chiều dài tương tự Sân thứ ba được gia cố bằng xếp đá chống xói với kích thước phía sông L=9,6m và phía đồng L=8,6m Nền bể tiêu năng được gia cố bằng cọc tre φ6-φ8 dài 3m với mật độ 25 cọc/m² Kể từ khi đưa vào sử dụng năm 2004, cống vẫn hoạt động tốt, đảm bảo nhiệm vụ thiết kế mà không có hư hỏng Tuy nhiên, hiện tại đã xuất hiện tình trạng xói nghiêm trọng với chiều dài hố xói L=7m.
Bảng 2.7:Bảng tính toán xói cho cống Hói Cống
2.3.2 Đánh giá về nguyên nhân và giải pháp khắc phục
Xói lở ở hạ lưu công trình thủy lợi là hiện tượng phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như dòng chảy mặt, dòng thấm, điều kiện nền bờ và vị trí lắp đặt công trình Việc bố trí các bộ phận của công trình và chế độ đóng mở cũng đóng vai trò quan trọng, do mỗi công trình có những đặc thù và điều kiện riêng biệt.
2.3.2.1 Nguyên nhân của điều kiện thủy văn
Khẩu diện hiện tại không đáp ứng đủ yêu cầu tiêu úng của lưu vực, trong bối cảnh sản xuất ngày càng gia tăng dẫn đến mực nước trước công trình tăng cao.
- Độ chênh mực nước thượng hạ lưu ΔZ lớn, trong thực tế độ chênh mực nước thượng hạ lưu lớn thường xảy ra trong trường hợp sau:
Trong mùa hạn, khi triều biển xuống thấp kéo dài từ 3 đến 4 ngày, mực nước trong đồng ruộng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng Nếu có mưa trong thời gian này, cần phải mở công trình tiêu nước kịp thời để đảm bảo sự ổn định cho cây trồng.
+ Trong quá trình vận hành, mực nước hạ lưu rút nhanh hơn mực nước thượng lưu
Khi độ chênh mực nước ΔZ giữa thượng và hạ lưu tăng, áp lực thấm dưới sân và hai bên bờ sẽ gia tăng, dẫn đến hiện tượng đẩy nổi Sự gia tăng độ dốc thủy lực có thể cuốn trôi các hạt, gây xói lở và có khả năng hình thành xói ngầm Hiện tượng xói ngầm này tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát sinh xói mặt, hoặc có thể làm gia tăng mức độ xói mặt.
Hình 2.5: Ảnh hưởng dòng thấm đến xói lở hạ lưu công trình
Khi lũ vượt quá mức thiết kế, nước sẽ tràn qua công trình với lưu lượng lớn hơn nhiều so với dự kiến, dẫn đến tình trạng xói lở nghiêm trọng ở hạ lưu.
Công trình hiện tại chưa đảm bảo khả năng tiêu úng tại khu vực chính, dẫn đến tình trạng mực nước cao kéo dài sau những trận mưa lớn Sự chênh lệch mực nước khi tiêu thoát có thể gây hại cho nền móng và bờ công trình.
- Vấn đề sai khác giữa tính toán và thực tế diễn ra, do không tính đúng, do lý thuyết tính toán không phù hợp
- Vấn đề đo đạc, dự báo các yếu tố thủy văn chưa thât chính xác
2.3.2.2 Nguyên nhân của điều kiện thủy lực
Dòng chảy tập trung là hiện tượng phân bố không đều ở hạ lưu công trình, trong đó dòng chảy chính có động năng lớn, với giá trị vmax lớn hơn nhiều so với V Dòng chảy tập trung q thể hiện sự tập trung của nước trong một khu vực nhất định, tạo ra sức mạnh và ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh.
![K: Lấy theo tỷ số h”/h’ (bảng 2-1 [nối tiếp và tiờu năng T.Quý] β : Hệ số lấy bằng 0,7-:-0,8 - Nghiên cứu hiện trạng xói cục bộ sau các cống vùng triều của tỉnh nghệ an và các giải pháp khắc phục](https://123doc.top/img.php?url=https%3A%2F%2F123docz.com%2Fimage%2Fdoc_normal.png)