Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế độ thủy động lực và diễn biến lòng dẫn đoạn sông lô qua đoan hùng phú thọ định hướng các giải pháp chỉnh trị phù hợp

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế độ thủy động lực và diễn biến lòng dẫn sông Lô qua Đoan Hùng, Phú Thọ, đề xuất giải pháp chỉnh trị phù hợp.

• Tác giả: Nguyễn Đức Hoàng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Đình
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu chế độ thủy động lực và diễn biến lòng dẫn đoạn sông Lô qua Đoan Hùng – Phú Thọ, định hướng các giải pháp chỉnh trị phù hợp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG ĐOẠN SÔNG LÔ QUA ĐOAN HÙNG – PHÚ THỌ VÀ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN
• 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên của lưu vực
• 1.2.2. Đặc điểm khí hậu
• 1.2.3. Hệ thống sông ngòi
• 1.3. ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN
• 1.3.1. Tài liệu thuỷ văn khu vực
• 1.3.2. Tài liệu thuỷ văn khảo sát năm ngoài thực địa
• 1.3.3. Đặc điểm thuỷ văn thủy lực sông Lô đoạn Lão Hoàng qua Đoan Hùng
• 1.4. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT
• 1.5. CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG
• 1.6. PHÂN TÍCH MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN CƠ BẢN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. Phân tích diễn biến lòng sông, bãi sông
• 1.6.2. Phân tích nguyên nhân cơ bản gây mất ổn định lòng dẫn
• 1.7. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.7.1. Khu vực nghiên cứu
• 1.7.2. Vấn đề đặt ra
• 1.7.3. Hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ DỮ LIỆU TRONG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ
• 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Xây dựng mô hình vật lý lòng cứng
• 2.1.2. Phân tích khả năng ổn định lòng dẫn theo vận tốc dòng chảy tiếp đáy
• 2.2. CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Cấp lưu lượng nghiên cứu
• 2.2.2. Tuyến chỉnh trị lòng sông mùa kiệt và luồng tàu
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH CHO KHU VỰC
• 3.1. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ
• 3.1.1. Thí nghiệm và phân tích kết quả
• 3.1.2. Đề xuất giải pháp công trình
• 3.1.3. Thí nghiệm và phân tích kết quả địa hình lòng sông theo PA1
• 3.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
• 3.3. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
• 3.3.1. Tính toán các thông số thiết kế
• 3.3.2. Tính toán ổn định kết cấu kè mỏ hàn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ

Tóm tắt

I. Nghiên cứu chế độ thủy động lực và diễn biến lòng dẫn sông Lô

Nghiên cứu tập trung vào chế độ thủy động lực và diễn biến lòng dẫn của đoạn sông Lô qua Đoan Hùng, Phú Thọ. Đoạn sông này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thoát lũ và giao thông thủy. Diễn biến lòng dẫn phức tạp do sự thay đổi hình thái sông, xuất hiện các bãi bồi và hố xói, ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát lũ và giao thông thủy. Nghiên cứu sử dụng mô hình vật lý để tái hiện dòng chảy và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thủy động lực.

1.1. Đặc điểm thủy động lực

Chế độ thủy động lực của sông Lô qua Đoan Hùng được đánh giá dựa trên các yếu tố như lưu lượng, vận tốc dòng chảy, và hình thái lòng sông. Sự thay đổi chế độ thủy động lực do các hoạt động khai thác cát, sỏi và xây dựng công trình đã làm tăng tính phức tạp của dòng chảy. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc điều tiết dòng chảy và quản lý bùn cát là yếu tố then chốt để ổn định chế độ thủy động lực.

1.2. Diễn biến lòng dẫn

Diễn biến lòng dẫn của sông Lô qua Đoan Hùng được phân tích thông qua các dữ liệu lịch sử và khảo sát thực địa. Sự xuất hiện của các bãi bồi và hố xói đã làm thay đổi hình thái lòng sông, ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ và giao thông thủy. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chỉnh trị để ổn định diễn biến lòng dẫn, đảm bảo an toàn cho các hoạt động kinh tế và môi trường.

II. Giải pháp chỉnh trị hiệu quả

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chỉnh trị hiệu quả nhằm ổn định lòng dẫn sông Lô qua Đoan Hùng. Các giải pháp này tập trung vào việc điều tiết dòng chảy, quản lý bùn cát, và xây dựng các công trình thủy lợi phù hợp. Giải pháp chỉnh trị được đánh giá dựa trên hiệu quả kinh tế, môi trường, và khả năng phát triển bền vững.

2.1. Điều tiết dòng chảy

Điều tiết dòng chảy là một trong những giải pháp chính để ổn định lòng dẫn sông Lô. Nghiên cứu đề xuất việc xây dựng các công trình điều tiết như đập, kè, và mỏ hàn để kiểm soát lưu lượng và vận tốc dòng chảy. Các công trình này giúp giảm thiểu tác động của lũ lụt và đảm bảo giao thông thủy thuận lợi.

2.2. Quản lý bùn cát

Quản lý bùn cát là yếu tố quan trọng trong việc ổn định lòng dẫn sông. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp như hạn chế khai thác cát, sỏi và tăng cường các công trình bảo vệ bờ sông. Các biện pháp này giúp giảm thiểu sự xói lở và bồi lắng, đảm bảo sự ổn định lâu dài của lòng dẫn.

III. Ứng dụng thực tiễn và phát triển bền vững

Nghiên cứu không chỉ tập trung vào các giải pháp kỹ thuật mà còn đề cao tính phát triển bền vững và bảo vệ môi trường nước. Các giải pháp được đề xuất nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng các hoạt động khai thác tài nguyên.

3.1. Phát triển bền vững

Phát triển bền vững là mục tiêu chính của nghiên cứu. Các giải pháp được đề xuất nhằm đảm bảo sự ổn định lâu dài của lòng dẫn sông, đồng thời hỗ trợ các hoạt động kinh tế như giao thông thủy và nông nghiệp. Nghiên cứu cũng đề cao việc sử dụng các công nghệ tiên tiến và vật liệu thân thiện với môi trường.

3.2. Bảo vệ môi trường nước

Bảo vệ môi trường nước là yếu tố không thể thiếu trong các giải pháp chỉnh trị. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp như tăng cường quản lý chất thải, hạn chế ô nhiễm nguồn nước, và bảo vệ các hệ sinh thái ven sông. Các biện pháp này giúp duy trì chất lượng nước và đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sông Lô giữ vai trò huyết mạch trong mạng lưới thủy văn đồng bằng và trung du Bắc Bộ khi hàng năm cung cấp khoảng 32,7 tỷ m3 nước, chiếm 26,4% tổng lượng dòng chảy của sông Hồng tính tại trạm thủy văn Sơn Tây. Đồng thời, đây là trục giao thông đường thủy trọng điểm kết nối giao thương giữa các tỉnh Tuyên Quang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc với Thủ đô Hà Nội với chiều dài tuyến vận tải lên tới 116 km. Tuy nhiên, sau nhiều năm khai thác cùng sự biến đổi chế độ xả từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn, lòng dẫn đoạn sông Lô chảy qua huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ đã xuất hiện những diễn biến phức tạp. Vấn đề nổi cộm nhất là tình trạng bồi lắng các bãi cạn giữa dòng vào mùa khô, đặc biệt là đoạn cạn Lão Hoàng từ Km64 đến Km68+700, khiến độ sâu luồng chạy tàu hạ thấp chỉ còn 1,4 m đến 1,6 m, gây tê liệt tuyến giao thông thủy huyết mạch Việt Trì - Tuyên Quang và gây xói lở đe dọa các dải bờ sông.

Trước thực trạng cấp bách đó, đề tài tập trung nghiên cứu toàn diện chế độ thủy động lực, phân tích quy luật biến hình lòng dẫn và ứng dụng mô hình vật lý để đề xuất các giải pháp công trình chỉnh trị phù hợp. Phạm vi nghiên cứu bao quát 22 km sông Lô từ Km55 đến Km74 kết hợp 3 km vùng nhập lưu của sông Chảy tại ngã ba Đoan Hùng. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc đưa ra giải pháp nắn dòng và co hẹp lòng kiệt, đảm bảo độ sâu luồng tàu đạt chuẩn tắc kỹ thuật trên 2,5 m quanh năm, bảo vệ 100% các đoạn bờ sông xung yếu trước hiểm họa xói lở và duy trì năng lực tiêu thoát lũ an toàn tuyệt đối cho toàn bộ lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng lý thuyết động lực học dòng sông và quy luật vận chuyển bùn cát được phát triển bởi các nhà khoa học Breusers, Raudkivi, Engelund và Hansen. Hệ thống lý thuyết này phân tích mối quan hệ cân bằng giữa sức tải cát lý thuyết và lượng bùn cát thực tế trong lòng dẫn, chỉ rõ cơ chế lòng sông bị xói hạ thấp khi xuất hiện dòng chảy thiếu hụt trầm tích ở hạ lưu các công trình ngăn sông. Bên cạnh đó, lý thuyết thủy lực dòng chảy trên đoạn sông cong được áp dụng để giải thích sự phân bố không đối xứng của trường vận tốc, ứng suất tiếp đáy và sự hình thành các dòng chảy thứ cấp thúc đẩy quá trình bồi xói bờ sông.

Về phương pháp thực nghiệm, tác giả sử dụng lý thuyết tương tự thủy lực Froude cho dòng chảy mặt thoáng có áp dụng hệ số biến thái hình học, kết hợp với các tiêu chuẩn tương tự về sức cản thủy lực và tương tự dòng chảy rối với số Reynolds mô hình đạt 15.093. Ba khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm: trạng thái cân bằng động lực học bùn cát, vận tốc không xói tiếp đáy của hạt trầm tích và tuyến chỉnh trị luồng tàu mùa kiệt. Các nguyên lý này định hình cơ sở tính toán khoa học cho việc bố trí các công trình chỉnh trị lòng sông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm chuỗi số liệu thủy văn nhiều năm trong giai đoạn 1960 - 1994 tại 4 trạm quan trắc Hàm Yên, Ghềnh Gà, Vụ Quang, Phù Ninh và tài liệu bình đồ địa hình chi tiết đo đạc trên 22 km dòng sông vào năm 2009. Cỡ mẫu khảo sát thực địa chuyên sâu gồm 6 mặt cắt thủy văn đại diện từ MC4 đến MC9 trên sông Lô và 1 mặt cắt tại cửa vào sông Chảy. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích tại các vị trí xung yếu, tập trung vào các đoạn sông uốn khúc có bán kính cong từ 350 m đến 1110 m, các bãi cạn chia dòng và khu vực hợp lưu sông Chảy. Dữ liệu dòng chảy thực tế được thu thập bằng máy đo vận tốc và lưu lượng âm học Doppler ADCP tần số 600 kHz của hãng RD Instruments, đạt độ chính xác cao với sai số lặp lại chỉ khoảng 2%.

Lý do lựa chọn phương pháp mô hình vật lý lòng cứng là do hình thái lòng dẫn khu vực Đoan Hùng mang tính chất phi tuyến 3 chiều hết sức phức tạp với hiện tượng dâng nước ngã ba sông và khúc quanh liên tiếp mà các mô hình toán số thông thường khó phản ánh toàn diện. Mô hình vật lý được gia công trong nhà có mái che tại Trung tâm Nghiên cứu Động lực Sông với tỷ lệ mặt bằng 1:250, tỷ lệ đứng 1:80, hệ số biến thái 3,125 và số Reynolds mô hình là 15.093, đảm bảo dòng chảy duy trì ổn định trong khu vực chảy rối nhám. Toàn bộ chu trình chế tạo, kiểm định mực nước và hiệu chỉnh trường vận tốc được hoàn thiện với lưu lượng kiểm nghiệm thực tế tại Vụ Quang là 1857 m3/s.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chỉ ra sự phân hóa sâu sắc của chế độ dòng chảy theo mùa: lượng nước mùa lũ kéo dài từ tháng 6 đến tháng 10 chiếm tới 75% đến 77% tổng lượng dòng chảy cả năm với lưu lượng đỉnh lũ lịch sử tại Phù Ninh lên tới 15.200 m3/s; ngược lại, dòng chảy mùa kiệt từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau chỉ chiếm 20% đến 25% tổng lượng nước năm, lưu lượng kiệt nhất tại Ghềnh Gà xuống mức 102 m3/s. Biên độ chênh lệch lưu lượng giữa hai mùa lên tới hơn 140 lần tạo ra sự biến động thủy động lực vô cùng mạnh mẽ.

Thứ hai, tại đoạn cạn Lão Hoàng (Km64 - Km68+700), bề rộng mặt nước biến thiên đột ngột từ 430 m ở đoạn mở rộng xuống chỉ còn 240 m ở đoạn thắt hẹp. Sự thay đổi hình thái này đã bồi tích liên tiếp 4 bãi cạn lớn có chiều dài từ 100 m đến 300 m, làm chia cắt dòng kiệt thành nhiều lạch nông có độ sâu chỉ từ 1,4 m đến 1,6 m, không đáp ứng yêu cầu độ sâu tối thiểu 2,5 m cho tàu thuyền tải trọng lớn lưu thông.

Thứ ba, sự hình thành và vận hành của các hồ chứa thủy điện Tuyên Quang và Thác Bà ở thượng nguồn đã giữ lại phần lớn lượng bùn cát lơ lửng, tạo ra dòng nước thiếu hụt trầm tích ở hạ du. Kết hợp với hoạt động khai thác cát sỏi quá mức dọc sông, đáy sông bị xói sâu hạ thấp trung bình từ 0,4 m đến hơn 2,0 m, làm gia tăng nguy cơ sạt lở tại các bờ lõm như khu vực Km64+900 và làm hạ thấp mực nước lấy vào các trạm bơm nông nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn tới sự bồi lắng nghiêm trọng tại bãi cạn Lão Hoàng là do tác động tương hỗ tại ngã ba sông Lô và sông Chảy. Khi sông Chảy gia nhập một lượng nước lớn (khoảng 320 m3/s trong các đợt đo khảo sát), mực nước vùng hợp lưu dâng cao tạo hiệu ứng nước dâng truyền ngược lên phía thượng lưu Lão Hoàng. Hiện tượng này làm giảm cục bộ độ dốc thủy lực của dòng chảy sông Lô, khiến khả năng vận chuyển bùn cát suy giảm đột ngột và làm vật liệu đáy lắng đọng thành các bãi bồi giữa dòng.

Dữ liệu thực nghiệm được minh họa rõ nét qua các biểu đồ phân bố vận tốc tiếp đáy trên các mặt cắt ngang từ kịch bản hiện trạng đến các kịch bản công trình. Trên bảng đối chuẩn kết quả đo đạc giữa mô hình vật lý và số liệu thực địa tại lưu lượng trạm Vụ Quang 1857 m3/s, sai lệch vận tốc dòng chảy tiếp đáy và mực nước chỉ dao động dưới 5%, khẳng định độ tin cậy tuyệt đối của mô hình thí nghiệm. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu biến hình lòng dẫn hạ du hồ Hòa Bình trên sông Đà và đập Tam Hiệp trên sông Dương Tử, chứng minh quy luật tất yếu của hiện tượng xói lở hạ du hồ chứa và bồi lắng cục bộ tại các vùng nước dâng ngã ba sông.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, xây dựng hệ thống kè mỏ hàn chỉnh trị gồm 6 mỏ hàn kết cấu đá đổ bọc rọ thép tại đoạn cạn Lão Hoàng (Km64 - Km68+700) nhằm thu hẹp mặt cắt ướt mùa cạn, tập trung dòng chủ lưu vào luồng chạy tàu thiết kế và nâng độ sâu đáy luồng từ 1,4 m lên trên 2,5 m; cơ quan thực hiện là Cục Đường thủy nội địa Việt Nam phối hợp Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam trong giai đoạn 2015 - 2018.

Hai là, thi công công trình kè lát mái kết hợp thảm đá và vải địa kỹ thuật bảo vệ các đoạn bờ lõm đang bị sạt lở nghiêm trọng tại các xã Hữu Đô, Thọ Sơn và Chi Đám; hướng tới mục tiêu triệt tiêu 95% hiện tượng sạt trượt đất bãi sông; giao Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Phú Thọ chủ trì thực hiện từ năm 2015 đến 2017.

Ba là, thiết lập quy chế quản lý và kiểm soát chặt chẽ hoạt động khai thác cát sỏi lòng sông trên đoạn 22 km qua huyện Đoan Hùng; hướng tới mục tiêu xóa bỏ 100% các điểm khai thác trái phép làm thay đổi chế độ thủy động lực; giao Ủy ban nhân dân tỉnh Phú Thọ và tỉnh Tuyên Quang phối hợp kiểm tra, xử lý thường xuyên từ năm 2015.

Bốn là, lắp đặt hệ thống quan trắc tự động định kỳ 6 tháng một lần đối với mực nước, lưu lượng và diễn biến hình thái đáy sông bằng thiết bị đo ADCP hiện đại; hướng tới mục tiêu cung cấp dữ liệu cảnh báo bồi xói trước 48 giờ phục vụ an toàn chạy tàu; giao Trung tâm Nghiên cứu Động lực Sông triển khai thực hiện trong giai đoạn 2016 - 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Cơ quan quản lý nhà nước về giao thông thủy và nông nghiệp như Cục Đường thủy nội địa Việt Nam, Tổng cục Thủy lợi, Chi cục Thủy lợi các tỉnh Phú Thọ và Tuyên Quang; luận văn cung cấp luận cứ khoa học thực chứng để lập quy hoạch luồng tàu, cấp phép nạo vét và phê duyệt các dự án bảo vệ đê kè phòng chống thiên tai.

Nhóm 2: Kỹ sư và các đơn vị tư vấn thiết kế công trình thủy; tài liệu là cẩm nang tính toán chi tiết về thông số kích thước, bố trí mặt bằng kè mỏ hàn, tính toán ổn định chân kè và kết cấu kè bảo vệ bờ sông uốn khúc.

Nhóm 3: Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Công trình thủy, Chỉnh trị sông và Kỹ thuật tài nguyên nước; công trình đóng vai trò tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp xây dựng, vận hành và kiểm định mô hình vật lý thủy lực lòng cứng tỷ lệ lớn.

Nhóm 4: Các doanh nghiệp vận tải đường thủy nội địa và khai thác khoáng sản; tài liệu giúp các đơn vị nắm vững đặc điểm luồng lạch theo mùa để bố trí phương tiện vận tải an toàn và thực hiện khai thác cát sỏi bền vững, tránh gây mất ổn định bờ sông.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính gây bồi lắng nghiêm trọng tại đoạn cạn Lão Hoàng vào mùa kiệt là gì? Hiện tượng bồi lắng xuất phát từ sự suy giảm mạnh của dòng chảy mùa khô (chỉ chiếm 20% đến 25% lượng nước cả năm) kết hợp với hiệu ứng dâng nước tại ngã ba sông Chảy có lưu lượng khoảng 320 m3/s. Mực nước ngã ba dâng cao làm giảm độ dốc thủy lực của dòng chính sông Lô, khiến bùn cát lắng đọng hình thành 4 bãi cạn dài tới 300 m.

Tại sao đề tài lại ưu tiên lựa chọn phương pháp mô hình vật lý lòng cứng thay vì mô hình toán? Đoạn sông nghiên cứu có hình thái phức tạp gồm nhiều khúc cong bán kính 350 m đến 1110 m và hợp lưu sông Chảy. Mô hình vật lý tỷ lệ 1:250 với số Reynolds 15.093 cho phép mô phỏng chính xác cấu trúc dòng chảy không gian 3 chiều, dòng xoáy thứ cấp và trường vận tốc tiếp đáy mà các mô hình số 1D hay 2D chưa thể hiện trọn vẹn.

Việc vận hành các hồ chứa thủy điện thượng nguồn ảnh hưởng như thế nào đến lòng dẫn sông Lô? Các hồ thủy điện Tuyên Quang và Thác Bà giữ lại phần lớn bùn cát tự nhiên, khiến dòng xả về hạ du trở thành dòng nước thiếu hụt trầm tích. Dòng nước này xói mòn lòng sông để tự cân bằng, làm hạ thấp đáy sông từ 0,4 m đến hơn 2,0 m, gây biến đổi mực nước và sạt lở mạnh bờ sông.

Hệ thống kè mỏ hàn được đề xuất hoạt động theo nguyên lý nào để cải thiện luồng tàu? Kè mỏ hàn làm nhiệm vụ co hẹp mặt cắt ướt vào mùa cạn và hướng dòng chảy xiết vào lạch sâu thiết kế. Vận tốc dòng nước gia tăng sẽ tự bào mòn các bãi bồi, duy trì độ sâu luồng chạy tàu đạt trên 2,5 m quanh năm mà vẫn đảm bảo thoát lũ an toàn trong mùa mưa.

Thiết bị đo dòng âm học ADCP đóng vai trò gì trong việc bảo đảm độ chính xác của nghiên cứu? Thiết bị ADCP tần số 600 kHz cho phép đo đạc đồng thời vận tốc, độ sâu và lưu lượng trên 6 mặt cắt thủy văn với độ chính xác cao, sai số lặp lại chỉ khoảng 2%. Dữ liệu đo đạc thực tế này là cơ sở trực tiếp để hiệu chỉnh và kiểm định độ tin cậy của mô hình vật lý.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện bức tranh thủy động lực và xác định chính xác các nguyên nhân gây mất ổn định lòng dẫn trên 22 km sông Lô qua Đoan Hùng.
• Xây dựng và kiểm định thành công mô hình vật lý lòng cứng tỷ lệ biến thái 3,125 với độ chính xác cao so với số liệu thực địa.
• Định lượng chi tiết sự phân bố trường vận tốc tiếp đáy và biến đổi mực nước qua các kịch bản chỉnh trị lòng sông.
• Đề xuất giải pháp công trình tối ưu gồm hệ thống 6 kè mỏ hàn tại Lão Hoàng kết hợp kè bảo vệ bờ, nâng độ sâu luồng tàu đạt trên 2,5 m vào mùa cạn.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác quy hoạch giao thông thủy nội địa và an toàn đê điều vùng hạ lưu hồ chứa.

Đóng góp cốt lõi của nghiên cứu là đã kết hợp hiệu quả giữa công nghệ đo đạc hiện trường ADCP và phương pháp mô hình vật lý thực nghiệm để giải quyết triệt để điểm nghẽn giao thông thủy tại bãi cạn Lão Hoàng. Trong 12 đến 24 tháng tới, các cơ quan quản lý cần tiến hành lập dự án đầu tư và triển khai thi công hệ thống kè chỉnh trị theo phương án đã được kiểm chứng. Các cấp ban ngành và doanh nghiệp vận tải hãy tham khảo, áp dụng ngay giải pháp khoa học này nhằm bảo đảm an toàn giao thông đường thủy và phát triển kinh tế xã hội bền vững cho lưu vực sông Lô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG ĐOẠN SÔNG LÔ QUA ĐOAN HÙNG – PHÚ THỌ VÀ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu ngoài nước Trong nghiên cứu động lực sông nói chung và nghiên cứu các vấn đề về: biến động vận chuyển bùn cát, xói lở hạ thấp lòng dẫn hạ du sau hồ chứa; biến động lòng dẫn do các tác động của công trình hạ tầng, của các hoạt động khai thác cát sỏi … cũng như các tác động của quá trình diễn biến này đến thay đổi chế độ thủy văn, thủy lực của hệ thống sông và đặc biệt là hậu quả của các biến động, thay đổi nêu trên đến hoạt động của các công trình thủy lợi, giao thông thủy, môi trường. Việc đánh giá các tác động của biến động lòng dẫn sông ngòi đối với công trình thủy lợi, giao thông đặc biệt là tác động ở hạ du các hồ chứa cùng với các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi không phải là vấn đề nghiên cứu mới trên thế giới mà đã được nghiên cứu, ứng dụng trong thực tế hàng chục năm qua Có thể nêu ra một số nghiên cứu điển hình theo từng vấn đề dưới đây: + Các nghiên cứu về biến động lòng dẫn (xói sâu, hạ thấp lòng dẫn trên hệ thống .) và ảnh hưởng, tác động của việc xây dựng hồ chứa, đập dâng, công trình hạ tầng, khai thác cát. đến quá trình vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn hạ du ( trên cả mặt bằng và chiều sâu) - Nghiên cứu năm 2003 của Yang Xiaoqing (Manual on sediment management and measurment , the World Meteorological Organization ) mô tả tác động của xây dựng hồ chứa đến quá trình bùn cát thượng và hạ lưu , trong đó nêu các ví dụ về tác động của một số hồ chứa ở Trung Quốc đến thay đổi cân bằng bùn cát và tác động của các biến đổi này đến dòng cảy mùa kiệt cũng như cơ chế xói lở hạ du.

Một ví dụ có thể kể đến ở trên sông Dương Tử ở hạ du thủy điện Tam Hiệp, các dự báo diễn biến lòng dẫn và chế độ thuỷ văn hạ du đã được xem xét trong việc đưa ra các tính toán dự báo xói tới hạn ở công trình, đưa ra các giải pháp bảo vệ bổ xung chống xói chân công trình do hạ thấp lòng sông. Nhiều công trình lấy nước hạ du đã nâng cấp và bổ xung các hạng mục công trình nhằm đảm bảo khả năng lấy 6 nước mùa kiệt, các công trình thiết kế mới đã tính toán lưu lượng thiết kế mùa kiệt có tính đến các dự báo về mực nước trong 20 năm tới, phải thừa nhận rằng các biện pháp được thực hiện là khá chủ động và đã được đề ra từ trước khi công trình đi vào hoạt động. - Nghiên cứu gần đây nhất (2010) của các tác giả Juha Sarkkula, Jorma Koponen, Hannu Lauri, Markku Virtanen,Matti Kummu (Origin, fate and role of Mekong sediments; Mekong River Commission) thực hiện cho lưu vực châu thổ sông MeKong, trong đó phân tích rõ hơn vai trò và tác động của quá trình biến động bùn cát tự nhiên và khi ảnh hưởng của hồ chứa đến xu thế diễn biến lòng dẫn hạ du. Ngoài ra trên lưu vực sông MêKong còn có 1 số nghiên cứu khác có liên quan của các nhà khoa học Phần Lan về mô phỏng biến động bùn cát hạ du do ảnh hưởng hồ chứa + Các nghiên cứu tính toán dự báo diễn biến hạ du do ảnh hưởng của hồ chứa và hoạt động khác của con người ( xây dựng công trình, khai thác cát) và các tác động của nó đến công trình , hạ tầng ở hạ du., điển hình là: - Nghiên cứu năm 2009 của Juha Sarkkula, Jorma Koponen (DMS - Detailed Modelling Support Project; Mekong River Commission ) đã xây dựng mô hình mô phỏng dự báo diễn biến bùn cát , lòng dẫn trên lưu vực sông MeKong với một số kịch bản có hồ chứa ở thượng nguồn và dự báo biến động bùn cát hạ du.

- Nghiên cứu năm 2010 của Matthew Childs (The Impacts of dams on river channel geomorphology and irrigation works downstream ; The Department of Geography) tập trung vào đánh giá các tác động ngắn hạn, dài hạn, cục bộ, hệ thống của đập đến hình thái lòng sông hạ du, trong đó có đưa ra các phương pháp phân tích dự báo + Nghiên cứu về ổn định lòng dẫn Kích thước lòng dẫn sông ổn định được xác định dựa trên các quan hệ hình thái sông ổn định như: Các quan hệ hình thái thông dụng ở Ấn Độ và Anh do Laycey, Inglis.đề xuất, ở Liên xô (cũ) do Antunin, Velikanop, Golusokop., ở Trung Quốc do Trương 7 Thuỵ Cẩn, Tạ Giám Hoành.Các quan hệ hình thái thông dụng ở Nhật Bản, Mỹ, Úc và các nước Châu âu và ngày nay đã trở nên phổ biến hơn trên toàn thế giới được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết về luật chuyển động bùn cát (sediment transport laws) của Englun & Hansen, Meyer Peter & Miller, Bogardi và những quan hệ khác, điển hình của quan hệ hình thái này do Breusers and Raudkivi (1991) đề xuất. Trong nghiên cứu diễn biến, đề xuất giải pháp chỉnh trị sông ổn định lòng dẫn trên thế giới hiện nay có xu thế chính là: - Hiện đại hoá các phương pháp khảo sát thực địa có sử dụng công nghệ định vị GPS, nhằm thu được số liệu chính xác để xây dựng mô hình toán & mô hình vật lý. - Kết hợp nghiên cứu ngoài trời và trong phòng thí nghiệm. - Phân tích diễn biến bằng so sánh, chập ảnh viễn thám.

- Ứng dụng các mô hình toán hiện đại để mô phỏng được các công trình chỉnh trị sông. - Nghiên cứu trên mô hình vật lý kết hợp với các thiết bị đo đạc, phân tích số liệu thí nghiệm cũng hiện đại hơn. - Phương pháp đánh dấu bùn cát. + Tình hình nghiên cứu công nghệ mới, vật liệu mới.

Hiện nay nghiên cứu công nghệ mới, vật liệu mới để sử dụng vào xây dựng các công trình tiên tiến như Mỹ, Nhật, Pháp, Hà lan, Hàn Quốc, … rất được coi trọng. Nhiều công trình mới, vật liệu mới đã được dùng cho các công trình bảo vệ bờ sông, chỉnh trị sông mang lại hiệu quả đóng góp cho phát triển kinh tế xã hội rõ rệt. Công nghệ mới, vật liệu mới liên tục phát triển ngày một hoàn thiện và được ứng dụng vào thực tiễn cho nhiều khu vực khác nhau ở một số nước trên thế giới và nhiều công nghệ mới đã được áp dụng cho một số công trình ở nước ta. Một số công nghệ và vật liệu sử dụng cho công trình bảo vệ bờ sông, chỉnh trị sông: • Công nghệ và vật liệu vải địa kỹ thuật (Geotextile).

• Công nghệ bảo vệ bờ bằng rọ đá bọc PVC (Gabion). • Công nghệ bảo vệ bờ bằng tấm lát bê tông hình lục lăng. 8 • Công nghệ bảo vệ bờ bằng thảm bê tông (Concret mat). • Công nghệ tường cừ bản bê tông dự ứng lực.

• Công nghệ cừ bản nhựa. + Các phương pháp và công cụ phục vụ nghiên cứu dự báo diễn biến lòng dẫn, dự báo các biến động thủy văn, thủy lực trong điều kiện tự nhiên cũng như có tác động của hồ chứa, của khai thác dòng sông …: Vấn đề nghiên cứu dự báo lòng dẫn sông ngòi nói chung và dự báo lòng dẫn do ảnh hưởng của các công trình trên sông đã có các thành tựu vượt bậc cả trong nghiên cứu tính toán và áp dụng thực tế. Hiện nay, trong tính toán không còn quá khó khăn trong việc thực hiện các mô phỏng về địa hình sông, công trình trên sông, vận chuyển bùn cát bùn cát. đó chính là nhờ sự phát triển và cải tiến liên tục của các mô hình số 1D, 2D, 3D với khả năng chi tiết hóa trong mô phỏng và trong tính toán ngày càng cao, điển hình các mô hình họ HEC, SOBEK, MIKE, DELFT, TELEMAC và một số mô hình được phát triển gần đây của các nhà khoa học Nhật bản.

Hầu hết các mô hình toán nêu trên đã được phổ biến và ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam trong các nghiên cứu về động lực sông nói chung và dự báo diễn biến lòng dẫn, chế độ thủy lực nói riêng. Bên cạnh các công cụ mô hình số, việc sử dụng mô hình vật lý trong nghiên cứu chế độ thủy lực ( mô hình lòng cứng) và diễn biến lòng dẫn ( mô hình lòng động) vẫn được coi là một trong những công cụ nghiên cứu quan trọng hiện nay với sự hỗ trợ của các thiết bị đo đạc, phân tích kết quả hiện đại và tính tự động cao.2 Nghiên cứu trong nước: + Về nghiên cứu, phân tích đánh giá diễn biến lòng dẫn sông ngòi Trong lịch sử nghiên cứu về động lực sông ở nước ta từ sau 1960, vấn đề phân tích diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái Bình là một trong các nội dung nghiên cứu quan trọng, trong các năm trước đây, mặc dù có quá nhiều hạn chế về nguồn số liệu khảo sát nhưng việc phân tích đánh giá diễn biến vẫn được tiến hành khá đều đặn cho đến đầu các năm 1980, kết quả phân tích diễn biến giúp cho việc đưa ra các đánh giá, nhận định về xu thế diễn biến lòng dẫn sông Hồng và các sông 9 khác trên hệ thống. Công việc nghiên cứu phân tích diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái Bình được thực hiện đầy đủ và chi tiết nhất cho đến nay thuộc về dự án do Viện KHTL thực hiện “ Đánh giá khả năng thoát lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình .” trong chương trình phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng – Thái Bình thực hiện năm 1999-2001. Trong dự án này, diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái bình được phân tích trong giai đoạn 1976 – 2000 trên hầu hết các sông chính, kết quả phân tích diễn biến thực hiện trọng dự án này cho đến nay vẫn được sử dụng, trích dẫn trong các nghiên cứu, dự án.

Giai đoạn tiếp sau từ năm 2001 đến nay, mặc dù nguồn số liệu khảo sát địa hình đã có sự cải thiện đáng kể cả về số lượng và chất lượng nhưng việc phân tích, đánh giá diễn biến hàng năm với phạm vi và quy mô trên toàn hệ thống sông Hồng – Thái Bình đã không được tiếp tục thực hiện một cách liên tục có hệ thống, công tác phân tích diễn biến lòng dẫn chỉ được coi là các nội dung nhỏ, phạm vi phân tích thường cục bộ cho 1 vài đoạn sông ngắn ở trong các nghiên cứu, dự án khác nhau của các đơn vị nghiên cứu ở bộ, ngành: Nông nghiệp, Giao thông, Khí tượng thủy văn .