BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
--------------------

NGUYỄN THANH HẢI
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ
HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
--------------------

NGUYỄN THANH HẢI
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ
HẠ LƯU CÔNG TRÌNH CỘT NƯỚC THẤP VÙNG TRIỀU
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Chuyên ngành

: Xây dựng công trình thủy

Mã số

: 62 58 40 01

Nghiên cứu xác định sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công trình cột nước
thấp vùng ảnh hưởng thủy triều ĐBSCL là vấn đề rất phức tạp, nên luận án
không thể tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác giả rất mong nhận được được
sự chỉ bảo, đóng góp chân tình của các Thầy, các nhà khoa học và bạn bè,
đồng nghiệp.
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
TÁC GIẢ

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-

-

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Hải

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy




8

1.1.5. Nhận xét đánh giá phần đặc điểm tự nhiên - - - - - - - - - -

11

1.2. Tổng quan xây dựng và phát triển cống ở ĐBSCL
1.2.1. Quá trình phát triển công trình thủy lợi vùng ĐBSCL

12
12

1.2.1.1. Quá trình XD cống truyền thống cải tiến ở ĐBSCL

14

1.2.1.2. Quá trình xây dựng cống đập phân ranh mặn ngọt

15

1.2.2. Các hình thức cống hở vùng ĐBSCL - - - - - - - - - - - - -

16

1.2.2.1. Cống truyền thống cải tiến ở ĐBSCL - - - - - - - - -

16

1.2.2.2. Cống đập dàn cọc - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -


20

1.3.2. Nghiên cứu tiêu năng phòng xói hạ lƣu công trình - - - -

23

1.3.3. Một số nghiên cứu khác liên quan - - - - - - - - - - - - - - - -

27

1.3.4. Kết luận mục 1.3

--------------------------

29

1.4. Những vấn đề đặt ra - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

30

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-

-


36

2.1.3. Thiết kế mô hình thủy lực - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

40

2.1.3.1. Thiết kế mô hình - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

40

2.1.3.2. Kiểm tra kỹ thuật và điều kiện giới hạn - - - - - - - -

41

2.1.4. Nội dung thí nghiệm MHTL cống - - - - - - - - - - - - - - - -

42

2.1.5. Thiết bị thí nghiệm - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

44

2.1.6. Yếu tố đất nền - vận tốc cho phép xói

------------

46

2.1.7. Lựa chọn biên mực nƣớc trong mô hình - - - - - - - - - - -


56

2.4.1. Phân tích, đánh giá tồn tại bất lợi về thủy lực

57

2.4.1.1. Đánh giá thực tế một số cống bị xói lở bất lợi

57

2.4.1.2. Xác định tồn tại bất lợi của dòng chảy nối tiếp hạ lƣu

61

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-

-

2.4.1.3. Nguyên nhân cơ bản dẫn đến xói lở hạ lƣu cống
2.4.2. Phân tích đánh giá tính hợp lý của hình thức kết cấu hạ

64
66

lƣu (kết cấu hạ lƣu) cống vùng triều ĐBSCL

2.5. Kết luận chƣơng 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

80

CHƢƠNG 3

Trang

XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỢP LÝ HẠ LƢU CÔNG TRÌNH
CỘT NƢỚC THẤP VÙNG TRIỀU ĐBSCL
3.1. Xác định nguyên lý cấu tạo cho chi tiết trong kết cấu hợp lý

82

hạ lƣu cống vùng triều ĐBSCL
3.1.1. Nguyên lý xác định cấu tạo ngƣỡng cống - - - - - - - - - -

83

3.1.2. Nguyên lý xác định cấu tạo bể tiêu năng

----------

84

3.1.3. Nguyên lý bố trí tƣờng trong kết cấu tiêu năng phòng xói

85

3.1.4. Cấu tạo chung của kết cấu phòng xói hạ lƣu - - - - - - - -

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

99

Chuyên ngành công trình thủy


-

-

mực nƣớc khác nhau
3.5. Xác định mối quan hệ giữa hình thức kết cấu hợp lý hạ lƣu

101

với đặc trƣng thủy lực, đất nền
3.5.1. Phƣơng trình tổng quát rút gọn - - - - - - - - - - - - - - - - - -

101

3.5.2. Cơ sở dữ liệu và phƣơng pháp xác định PT thực nghiệm

102

3.5.3. Phƣơng trình thực nghiệm lựa chọn - - - - - - - - - - - - - -

104

3.6. Sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lƣu công trình cột nƣớc thấp vùng

1. Kết luận - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

115

1.1. Những kết quả mới của luận án - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

115

1.2. Hƣớng nghiên cứu tiếp - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

115

2. Kiến nghị - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

116

CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

117

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

118

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-

Bảng 2.3: Đánh giá tổng quan thực tế các cống nghiên cứu .......................... 77
Bảng 2.4: So sánh kết quả đo thực tế với số liệu thí nghệm .......................... 79
Bảng 3.1: So sánh vận tốc gần đáy MC hố xói cống 01 cửa .......................... 95
Bảng 3.2: So sánh vận tốc gần đáy cống 02 cửa ............................................. 96
Bảng 3.3: So sánh vận tốc gần đáy cống  03 cửa ........................................ 97
Bảng 3.4: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 01 cửa ....................... 109
Bảng 3.5: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 02 cửa ....................... 110
Bảng 3.6: So sánh kết quả tính với kết quả NC cống 03 cửa ....................... 113

CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ địa hình ĐBSCL .................................................................. 2
Hình 1.2: Bản đồ phân vùng đất yếu ở ĐBSCL................................................ 4
Hình 1.3: Biên độ mực nƣớc triều cƣờng ....................................................... 11
Hình 1.4: Cống Ba Lai tỉnh Bến Tre ............................................................... 17
Hình 1.5: Cống đập trụ đỡ .............................................................................. 18
Hình 1.6: Cống dạng phao di động (cống Phƣớc Long tỉnh Bạc Liêu) .......... 19
Hình 1.7: Cống cừ dự ứng lực (C. Ninh Quới tỉnh Bạc Liêu) ........................ 19
Hình 1.8: Nối tiếp chảy đáy sau bậc ............................................................... 21
Hình 1.9: Nối tiếp chảy mặt sau bậc ............................................................... 22
Hình 1.10: Sơ họa hƣớng nghiên cứu luận án................................................. 34
Hình 2.1: Mặt bằng bố trí thiết kế mô hình thủy lực cống ............................. 40
Hình 2.2: Ví dụ diễn biến mực nƣớc thƣợng hạ lƣu cống .............................. 47
Hình 2.3: Quan hệ Z  V .................................................................................. 53
Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-


Chuyên ngành công trình thủy


-

-

CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
VIẾT TẮT

VIẾT ĐẦY ĐỦ / Ý NGHĨA

TÊN TỔ CHỨC, ĐỊA DANH
BĐCM

Bán Đảo Cà Mau

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

ĐHTL

Đại học Thủy lợi

ĐTM

Đồng Tháp Mƣời

KHCN

Tứ Giác Long Xuyên

TGHT

Tứ Giác Hà Tiên

VKHTLVN

Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam

VKHTLMN Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam
KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ KHOA HỌC
L

Hằng số tƣơng tự về độ dài hay tỷ lệ hình học (MH chính thái)

Re

Số Râynôn



Hệ số tổn thất dọc đƣờng



Khối lƣợng riêng của nƣớc

g



V

Vận tốc trung bình thời gian tại điểm xét

u/v

Vận tốc thực tại điểm xét

t/T

Thời gian/thời đoạn

Z

Cao trình mực nƣớc

n

Hệ số nhám bề mặt lòng dẫn



Độ nhám tuyệt đối

R

Bán kính thủy lực




H, hh

Chiều sâu cột nƣớc thƣợng hạ lƣu cống ứng với trƣờng hợp
lƣu lƣợng qua cống lớn nhất Qmax

Bc = n*bc

Chiều rộng tháo nƣớc qua cống (m)

Lsn

Chiều dài sân sau (m)

ds

Chênh cao giữa cao trình sân sau với cao trình ngƣỡng cống:
ds = đáy ngƣỡng cống - đáy sân sau (m)

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-

VIẾT TẮT

-


Chuyên ngành công trình thủy


-

-

MỞ ĐẦU

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


- MĐ 1 -

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng có tiềm năng to lớn về
nông nghiệp, có vị trí trọng yếu đối với sự phát triển kinh tế xã hội của cả
nước. Diện tích tự nhiên gần 4 triệu ha trong đó có 2,7 triệu ha đất nông
nghiệp, lâm nghiệp và mặt nước nuôi trồng thủy sản, đóng góp hơn 50% sản
lượng lương thực, 65% sản lượng thủy sản và phần lớn lương thực xuất khẩu
của cả nước, góp phần quyết định thực hiện chiến lược an ninh lương thực
quốc gia. Tuy nhiên, hàng năm một vùng rộng lớn gần 2 triệu ha chiếm
khoảng 50% diện tích ở phía Bắc ĐBSCL bị ngập lụt do lũ sông Mê Công
tràn về; 1,4  1,6 triệu ha vùng ven biển bị xâm nhập mặn; 1,2 triệu ha đất
phèn ở vùng trũng; 2,1 triệu ha vùng sâu, vùng xa thiếu nước ngọt... Cơ sở hạ
tầng còn yếu kém.
Công tác thủy lợi vùng ĐBSCL phải nhằm sử dụng và khai thác triệt để

xác định những qui luật chung... Trên cơ sở đó xác định sơ đồ kết cấu hợp lý
hạ lưu công trình. Liên quan đến vấn đề này, thời gian qua các nhà khoa học
đã đạt được một số kết quả cho khu vực ngưỡng cống + bể tiêu năng và khu
vực hố xói hạ lưu. Sân sau là đoạn gia cố nằm giữa bể tiêu năng với hố phòng
xói hạ lưu đã được đề cập trong một số kết quả đã có, nhưng mới ở mức khái
niệm và sơ bộ, nên rất cần phải tiếp tục nghiên cứu và xác định mối quan hệ
giữa yếu tố công trình (trong đó có sân sau), yếu tố dòng chảy và yếu tố đất
nền, từ đó sử dụng phương trình này để tính toán xác định các thông số cần
tìm liên quan đến kết cấu. Đồng thời kết quả nghiên cứu mang tính thống
nhất, gắn kết giữa kết quả nghiên cứu liên quan đã có với nhau và cùng với
kết quả đạt được của luận án, tạo nên sơ đồ kết cấu hợp lý công trình cột nước
thấp vùng triều ĐBSCL (Hình 1.10), kết quả đạt được cũng đã góp phần làm
phong phú tính đa dạng các loại hình cống, mang tính hiệu quả ngày càng
cao, bền vững và phù hợp hơn với yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội.
Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


- MĐ 3 Qua những vấn đề trên, đối với cống truyền thống cải tiến (cống nguồn
ĐBSCL) cũng còn tồn tại một số vấn đề còn chưa được giải quyết:
- Chưa tổng quát hóa được sơ đồ kết cấu tiêu năng phòng xói hợp lý.
- Chưa có hướng dẫn tính thông số tiêu năng phòng xói.
Đề tài trong luận án này giải quyết một số điểm trong tồn tại nêu trên,
nhằm giúp cho công tác nghiên cứu cống trong thực tế được dễ dàng, thuận
lợi hơn.
2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
+ Mục đích của đề tài nghiên cứu:
Mục đích của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Xác định được sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu cống vùng triều ĐBSCL.

Luận án được trình bày trong 116 trang, bao gồm 38 hình vẽ, 12 bảng
biểu và các trang thuyết minh. Nội dung chính của luận án gồm có 3 chương
chính và phần kết luận. Chương 1: Tổng quan, xác định tính cấp thiết và nội
dung nghiên cứu của đề tài luận án (35 trang); Chương 2: Cơ sở khoa học và
phân tích đánh giá kết quả đạt được trong thí nghiệm MHTL cống vùng triều
ĐBSCL (46 trang); Chương 3: Xác định sơ đồ kết cấu hợp lý hạ lưu công
trình cột nước thấp vùng ĐBSCL (33 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang).

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-1-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN, XÁC ĐỊNH TÍNH CẤP THIẾT VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.1.

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có diện tích tự nhiên khoảng 3,94

triệu ha, dân số khoảng 10 triệu người, là phần cuối của đồng bằng sông Mê
Công tiếp giáp với biển Đông về phía Đông và tiếp giáp với biển Tây về phía
Tây Nam. Đất đai mầu mỡ và khá bằng phẳng, là vùng có nhiều tiềm năng
kinh tế, sinh thái đa dạng.
Hàng năm, từ tháng XI  IV trên vùng ĐBSCL thịnh hành một mùa
khô nóng, độ ẩm không khí xuống thấp, nhiệt độ cao, nắng nhiều và nhiệt
lượng bức xạ dồi dào, lượng mưa trong mùa khô rất ít hoặc không mưa kéo

(Nguồn: Phân Viện KSQHTL Nam bộ, 2002), [33]

Hình 1.1: Bản đồ địa hình ĐBSCL
Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


-3-

Địa hình vùng nghiên cứu (Hình 1.1) được chia làm ba xu thế chính: xu
thế thấp dần từ thượng lưu xuống hạ lưu; xu thế thấp dần từ bờ sông vào vùng
trũng nội đồng; và xu thế thấp dần từ bờ biển vào các vùng trũng thấp ven
biển. ĐBSCL là vùng bồi tích bằng phẳng và hơi thấp, trừ một số vùng núi
An Giang và Kiên Giang có độ cao trên 100 m, phần còn lại dưới 5m được
phân ra như sau:
- Địa hình cao trên 2,5m chiếm diện tích rất hẹp ở ven biên giới Việt
Nam - Cam Pu Chia.
- Địa hình có cao độ từ 1,0  1,5 m thuộc vùng ven sông Tiền, sông
Hậu.
- Địa hình có cao độ từ 0,5  1,0m chiếm diện tích rộng lớn ở ĐBSCL,
chủ yếu nằm phía Đông Bắc vùng Đồng Tháp Mười, phía Bắc bán đảo
Cà Mau, Vùng Tứ Giác Long Xuyên, vùng kẹp giữa sông Tiền và sông
Hậu.
- Địa hình có cao độ dưới 0,5m tập trung chiếm diện tích khá lớn vùng
Tây Nam đồng bằng, đặc biệt là vùng trung tâm bán đảo Cà Mau.
Nhìn chung xu thế địa hình ở ĐBSCL thấp dần theo 2 hướng:
o Hướng dốc từ biên giới Việt Nam - Cam Pu Chia ra biển.
o Hướng dốc về phía Tây Nam Đồng bằng.
1.1.2. Đặc điểm địa chất


- Tầng trầm tích sinh vật và đáy đầm lầy ven biển (bmQIV 3): Gồm bùn
sét hữu cơ và than bùn.
- Tầng trầm tích hỗn hợp và sinh vật (albQIV 3): Gồm bùn sét hữu cơ.
- Tầng trầm tích (aQIV 3 - 3): Gồm sét, cát pha sét chảy hoặc bùn sét.
Chiều dày của thành phần trầm tích Holocene – trên thay đổi từ 9 
20m, trung bình khoảng 15m.
Đại bộ phận các lớp đất cấu tạo mặt cắt trầm tích Holocene thuộc loại
đất yếu. Trong khoảng 20m kể từ mặt đất hầu như chỉ gặp đất sét hữu cơ, đôi
khi có bùn sét pha cát hoặc cát hạt mịn. Hầu hết các lớp đất có độ ẩm tự nhiên
vượt quá giới hạn chảy; hệ số rỗng, độ bão hòa, độ sệt ... đều khá cao, trong
khi dung trọng khô, sức kháng cắt, kháng xuyên đều thấp. Địa chất vùng
ĐBSCL có thể chia thành 3 khu vực (Hình 1.2):
(1) Khu vực có lớp đất yếu dày từ 1  10m: Bao gồm các vùng ven Tp.
Hồ Chí Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, rìa phía
Tây Đồng Tháp Mười, ven biển Hà Tiên - Rạch Giá.
(2) Khu vực có lớp đất yếu dày từ 5  30m: Bao gồm khu kế cận các khu
vực (1), nằm chủ yếu trung tâm đồng bằng và Đồng Tháp Mười.
(3) Khu vực có lớp đất yếu dày từ 15  30 m: bao gồm các tỉnh Vĩnh
Long, các tỉnh ven biển từ Tiền Giang đến Sóc Trăng và Cà Mau.
Tầng đất mà đáy công trình đặt lên có cao độ -15 m trở lên, hầu như
thuộc loại đất sét hữu cơ rất nềm yếu, một số ít công trình ven biển có gặp đất
pha cát hạt mịn. Đất hữu cơ thường gặp có dung trọng khô thấp, cường độ
kháng cắt C = 0,05 – 0,12 kg/cm2 ; góc ma sát trong chỉ khoảng 30 -100nên
khả năng kháng xói của đất đáy lòng dẫn tương đối thấp:
+ Khu Vực (1) khả năng kháng xói của đất khoảng 0,8  1,1 m/s.
+ Khu Vực (2) khả năng kháng xói của đất khoảng 0,6  0,8 m/s.
Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy


đỉnh cao và nhọn, phần chân triều thì bị kéo dài và đẩy lên bởi một đỉnh thấp
thứ hai, dạng chũ “h”, với biên độ dao động khoảng 0,8  1,0m. Sự dao động
có chu kỳ nửa tháng và cả năm của triều biển Tây cũng yếu hơn triều biển
Đông.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành công trình thủy