Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
246
ÁP DỤNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ TÍNH XÓI CẦU RỒNG SÔNG HÀN
APPLYING NUMERICAL MODEL TO CALCULATE THE SCOUR
AT THE HAN RIVER DRAGON BRIDGE

SVTH: Võ Văn Dương, Nguyễn Hoàng Lâm
Lớp: 05X2B, Khoa Xây dựng Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: GS.TS. Nguyễn Thế Hùng
Khoa Xây dựng Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Xói lở là một tiêu chuẩn rất quan trọng và cần thiết khi phân tích hệ thống công trình vượt
sông. Việc loại bỏ nhiều yếu tố quan trọng tác động lên dòng chảy trong quá trình mô hình hoá bài
toán dòng chảy thực tế của nhiều phương pháp tính xói hiện này đã làm cho kết quả tính toán theo
lý thuyết sai khác nhiều so với thực tế. Kết quả là trị số xói tính ra thường lớn hơn nhiều so với trị
số xói đo được trong thực tế ở các cầu. Trong bài viết này, các tác giả đã tính toán xói tại cầu
Rồng sông Hàn sử dụng trường vận tốc nhận được ở chương trình tính RIVER 2D, xây dựng từ
mô hình toán dòng chảy hai chiều ngang được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn và mô
hình một chiều HEC-RAS để so sánh và đánh giá kết quả.
ABSTRACT
Erosion is a very important and essential standard when analyzing systems of river. The
exclusion of many important factors affected the flow pattern during flow of the problem more
realistic method of the calculating current erosion has made the calculation results under theory
false than reality. The result is usually calculated erosion values greater than the measured value
in actual erosion in the bridge. In this paper, the authors calculate the erosion in the Han River
Bridge Dragon by using velocity field from the program RIVER 2D calculated results, numerical
model constructed from two horizontal flow and explain the method of finite element and one-
dimensional model HEC-RAS to evaluate and compare the results.
1. Giới thiệu về cầu Rồng


c
> V thì gọi là xói nước trong. Chiều sâu hố xói tính theo công thức:

1
6
21
7
21
12
( ) ( )
k
QW
yy
QW
y
s
=y
2
-y
o
(1)
*Nếu V
c
<V thì gọi là xói nước đục. Chiều sâu hố xói tính theo công thức:

3
7
2
2
2

y y K Fr
(4)
3.2. Thí nghiệm kiểm chứng mô hình
Do tính chất một chiều của HEC-RAS nên chúng tôi đã dựng một mô hình dòng
chảy đối xứng qua cầu trên máng thí nghiệm.
3.2.1. Thí nghiệm: Tiến hành cả ba trường hợp thí nghiệm với độ dốc 1 % và Q

= 0.42 l/s.
a) Mô hình cầu 3 nhịp với mố trụ hình tròn: Chiều sâu hố xói đo được: H
x
= 20 mm.
b) Mô hình cầu ba nhịp che hai khoang biên: Chiều sâu hố xói đo được: H
x
= 39 mm.
c) Mô hình cầu ba nhịp che khoang giữa: Chiều sâu hố xói đo được:Hx= 21mm.
3.2.2. Mô phỏng xói cầu trên máng kính bằng mô hình HEC-RAS 4.1

Hình 1. Mô hình máng S8 Mkll và cầu 3 nhịp với mố trụ hình tròn
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
248
3.2.3. So sánh kết quả
Kết quả thí nghiệm Mô hình HEC-RAS
TH1 TH2 TH3 TH1 TH2 TH3
20mm 39mm 21mm 20mm 40mm 20mm
Qua bảng trên ta thấy kết quả từ mô hình HEC-RAS gần với kết quả thí nghiệm.
Qua việc phân tích điều kiện địa hình tại vị trí xây dựng cầu Rồng là tương đối đối xứng,
nên chúng tôi sẽ dùng mô hình HEC-RAS để tính toán xói cho cầu Rồng sông Hàn.
3.3. Áp dụng mô hình HEC-RAS cho cầu Rồng
3.3.1. Thông số về địa hình và hình dạng cầu
Đoạn sông Hàn dùng cho tính toán dài 500m, chia làm 7 mặt cắt, giữa là cầu Rồng.

u v V h v
(4)
4.1.2. Phương trình chuyển động theo phương y:

2 2 2
2 2 1/6 2
2 2 1/2 2
(1.468 )
( ) sin 2 sin 0
yx yy
a
v v v h v v a h gvn
h hu hv E E gh
t x y x y y y h
u v V h v
(5)
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
249
4.1.3. Phương trình liên tục:

0
h u v h h
h u v
t x y x y
(6)
4.2. Lựa chọn công thức tính xói chung và xói cục bộ
- Công thức O.V. Andreev để tính xói chung:

8/9 2/3
'

/s
Mực nước ở hạ lưu: Hmax1% = 3.14 m
-Đặc trưng vật liệu: Độ nhám là một thuộc tính của vật liệu cấu tạo nên lòng sông. Ở đây,
chúng tôi chọn độ nhám n = 0.018.
4.3.2. Chạy chương trình RIVER 2D

Hình 3. Lưới phần tử hữu hạn và trường vận tốc khi đã xây dựng cầu
Vận tốc khi chưa có cầu Vận tốc khi có cầu
Vị Trí X(m) Y(m) V(m/s) Vị trí X(m) Y(m) V(m/s)
6 -4585 334 1.763 6 (Trụ 1) -4585 334 1.672
19 -4455 334 1.647 19 (Trụ 2) -4455 334 1.227
39 -4255 334 1.844 39 (Trụ 3) -4255 334 1.422
52 -4125 334 1.399 52 (Trụ 4) -4125 334 1.250
4.3.3. Tính xói chung và xói cục bộ ứng với tần suất 1%
a. Tính xói chung
- Chiều sâu dòng chảy sau khi xói được xác định theo công thức:
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
250

8/9
2/3
'
'
'
Q ch Bch
h ch hch x
Qch B ch
(9)
-Chiều cao nước dâng trước cầu xác định theo công thức O.V.Andreev:
2

(m/s)
Hệ số
hình
dáng
Bề
rộng
Hệ số K
v
Hnước
trước
trụ (m)
Hệ số
K
H

Hệ số
triết
giảm t
Vox Chiều
sâu xói
cục bộ
(m)
trụ
(m)
T1 1.67 12.4 6 0.79 7.44 0.54 0.8 0.8 3.3625
T2 1.23 12.4 7.5 0.84 7.44 0.66 0.8 0.8 1.9416
T3 1.42 12.4 7.5 0.82 7.44 0.66 0.8 0.8 2.6829
T4 1.25 12.4 6 0.82 7.44 0.54 0.8 0.8 1.7939
5. Đánh giá kết quả của hai phương án
Tên trụ