TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG THỨ
CẤP LÊN SẠT LỞ BỜ ĐOẠN SÔNG CONG
TRÊN MÔ HÌNH THỦY LỰC THU NHỎ

TRÀ NGUYỄN QUỲNH NGA
CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... ii
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...............................................................................................1
2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ......................................................................4
2.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới .........................................................4
2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................6
3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................7
3.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................7
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................8
3.3. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................8
3.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................10
4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ..............................................................................14
5. BỐ CỤC DỰ KIẾN ......................................................................................15
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................17

i

hạ lưu, phường Trường Thọ, quận Thủ Đức (có chiều dài 500m) nằm trên bờ lõm hố
xói sâu 20-25m... Đoạn bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa thuộc phường 27, 28 - quận
Bình Thạnh có chiều dài tổng cộng khoảng 1km trong những năm gần đây bị trượt lở
nghiêm trọng. Đây là khu vực rất đông dân cư nên nhà cửa và hàng quán mọc san sát
nhau. Có thể điểm qua một số vụ trượt lở đáng chú ý như sau:
+ Đoạn đường bờ có chiều dài khoảng 300m, cách rạch Ông Ngữ 200m về phía
hạ lưu thuộc khu phố 1 phường 28, quận Bình Thạnh, cũng đang bị sạt lở với tốc độ
trung bình 1.8m/năm.
+ Lúc 22h30 ngày 29/06/2007 và 22h45 ngày 30/06/2007, các đợt trượt lở liên
tiếp xảy ra tại khu vực phường 26, quận Bình Thạnh đã làm 15 căn nhà trên đường
Xô Viết Nghệ Tĩnh (địa chỉ số 801/70, 801/82, 801/82, 801/84, 801/86, 801/88...) bị
sụp xuống sông, may mắn không có thiệt hại về người.
+ Vụ sạt lở nghiêm trọng xảy ra vào khoảng 23h ngày 24/7/2010 tại khu vực bờ
sông kênh Thanh Đa (một nhánh của sông Sài Gòn, thuộc phường 27, quận Bình
Thạnh, TP.HCM). 11 căn nhà của người dân nằm trên đường Thanh Đa, phường 27,
quận Bình Thạnh bị sụp xuống sông và 12 căn nhà khác bị hư hại với nhiều mức độ
khác nhau.
Trước thực tế đó, việc chủ động phòng chống và đưa ra được những giải pháp
hữu hiệu để bảo vệ bờ sông thực sự cấp thiết.
Sạt lở bờ sông là một quá trình phức tạp, nó phụ thuộc nhiều yếu tố như: vật
liệu cấu tạo địa chất, hình thái sông, chế độ dòng chảy trong sông, các hoạt động dân
sinh… cụ thể trong thực tế là tác động thường xuyên và có tính vỗ đập của sóng (do

1


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga


đối lớn chảy về phía bờ lồi làm xói bờ lõm và bồi bờ lồi. Ở những đoạn sông cong
gấp khúc, bùn cát ở đáy theo dòng chảy vòng di chuyển từ bờ lõm sang bờ lồi đối
diện và lắng đọng. Dòng chảy thứ cấp hướng ngang kết hợp với dòng chảy dọc làm
thành dòng chảy xoắn. Kích thước quy mô dòng chảy xoắn không giống nhau. Đối
với dòng chảy xoắn lớn có thể chiếm một phần lớn trong mặt cắt ngang của dòng
sông và ảnh hưởng đến sự biến hình lòng sông [3].
Vậy, để hiểu rõ cấu trúc của dòng chảy thứ cấp và ảnh hưởng của dòng thứ cấp
đến vấn đề sạt lở bờ sông như thế nào và làm sao để có thể hạn chế tác động của dòng
thứ cấp đến sạt lở bờ sông cong thì chưa có nghiên cứu cụ thể, đặc biệt là đoạn cong
Thanh Đa trên sông Sài Gòn trong những năm gần đây sạt lở bờ xảy ra thường xuyên
và nghiêm trọng. Xuất phát từ ý tưởng trên, đề tài “Nghiên cứu tác động của dòng
thứ cấp lên sạt lở bờ đoạn sông cong trên mô hình thủy lực thu nhỏ” được thực
hiện nhằm làm rõ vấn đề đã nêu cho đoạn Thanh Đa. Cụ thể, đề tài này sẽ đi chi tiết
vào nghiên cứu cấu trúc dòng thứ cấp, từ đó tìm ra ảnh hưởng của dòng thứ cấp lên
sạt lở bờ để dự đoán sạt lở bờ và tìm giải pháp hạn chế tác động. Việc tập trung nghiên
cứu về bản chất xói lở để hạn chế dòng thứ cấp trong đề tài này là một nội dung mới
và đáp ứng được tình hình thực tế hiện nay. Bên cạnh đó việc kết hợp nghiên cứu trên
cả 2 mô hình: mô phỏng dòng 3 chiều và mô hình vật lý đoạn sông cong thu nhỏ là
phương pháp nghiên cứu mới, khả thi, phù hợp và ít được nghiên cứu ở Việt Nam.

3


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Từ trước tới nay, một số phương pháp thường được sử dụng để dự báo diễn biến
lòng sông, sạt lở bờ sông như: phương pháp đo đạc hiện trường, phương pháp mô

Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

- Donatella Termini [7] nghiên cứu “Xói lở bờ và dòng thứ cấp trong kênh thí
nghiệm uốn cong”. Mô hình thí nghiệm được thực hiện với 2 giá trị tỉ lệ rộng/sâu
khác nhau. Nghiên cứu này chú ý đến sự tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông (bao
gồm mức độ ổn định của bờ). Kết quả cho thấy, với tỉ lệ rộng/sâu nhỏ (B/h10) thì
gần như không thấy xuất hiện dòng thứ cấp.
- Kết quả nghiên cứu “Dòng chảy qua đoạn sông cong” của Graf và Blanckaert
[8] với mô hình thí nghiệm là kênh có địa hình đáy có thể xói lở được cho thấy dòng
chảy thứ cấp là một hiện tượng đặc trưng trong kênh cong. Vận tốc dòng chảy tăng
dần về phía bờ ngoài và đạt giá trị lớn nhất ở gần đáy. Thí nghiệm trong nghiên cứu
này còn cho thấy có thể giảm xói lở ở đoạn cong bằng cách tạo một vùng đệm hợp lý
ở bờ ngoài để làm giảm vận tốc đập vào bờ ngoài gây xói lở.
Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ tập trung vào kiểm định lý thuyết về dòng
thứ cấp mà chưa ứng dụng cụ thể trong những địa hình phức tạp trên thực tế.
Một số công trình nghiên cứu dòng thứ cấp được thực hiện bằng cách kết hợp
đo đạc thực địa và mô phỏng bằng mô hình toán như nghiên cứu của Rodi [9],
Shimizu [10], Yang G Lai [11]… Nghiên cứu của Sinha và cộng sự [12] đã áp dụng
mô hình toán ba chiều cho một đoạn dài 4 km của sông Columbia phía hạ lưu của đập
Wanapum. Tuy nhiên đoạn sông này tương đối thẳng, do đó kết quả không thấy rõ
cấu trúc dòng thứ cấp.
Athanasios và cộng sự [13] nghiên cứu kết hợp đo đạc thực địa và làm thí
nghiệm trên mô hình vật lý. Các tác giả đã phân tích số liệu đo đạc thực tế một đoạn
sông thẳng với sự co hẹp và mở rộng đột ngột tại lưu vực Paluose thuộc bang
Washington, Hoa Kỳ. Kết quả cho thấy sự hiện diện của dòng thứ cấp làm tăng độ
lớn ứng suất cắt lên 2 lần, chứng tỏ dòng thứ cấp góp phần gây xói lở bờ sông và đáy

cong.
Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Hùng [15] sử dụng kết hợp khảo sát hiện trường
(đo đạc địa hình, địa chất lòng sông, chế độ thuỷ lực, thuỷ văn của dòng chảy) và mô
hình Mike21 để phân tích xác định nguyên nhân gây sạt lở khu vực kè Xuân Canh ở
đê tả sông Đuống. Kết quả của nghiên cứu cho thấy nguyên nhân sạt lở chủ yếu do
hình thái lòng sông kết hợp với các yếu tố dòng chảy và các yếu tố địa chất. Tuy
nhiên, nghiên cứu này mới dừng lại ở mức phân tích từ số liệu khảo sát đo đạc về địa
hình, thủy văn, thủy lực và dựa trên kết quả mô hình toán thủy lực để đưa ra các
nguyên nhân tổng hợp gây sạt lở bờ. Vì vậy cần có những nghiên cứu sâu để có thể
làm sáng tỏ hơn nữa những nguyên nhân này.
Một số công trình nghiên cứu về bồi xói trong sông, vùng cửa sông và ven biển
như:

6


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

- Nghiên cứu phòng chống xói lở bờ biển Hải Hậu, Cảnh Dương, Gò Công của
Viện Khoa học Thủy lợi (đề tài KT.03.12.1991 - 1995) [16].
- Dự án đo đạc giám sát diễn biến lòng dẫn, bồi đắp và sạt lở bờ sông, cửa sông
Đồng Nai - Sài Gòn và sông Cửu Long năm 2006 của Hoàng Văn Huân và các tác
giả [17]…
- Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển Gành
Hào - huyện Giá Rai, tỉnh Bạc Liêu do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện
năm 1998 [18].
Mặc dù ở nước ta có rất nhiều công trình nghiên cứu về sạt lở bờ sông, nhưng
vẫn chưa có nghiên cứu đi sâu vào tác động của dòng thứ cấp lên sạt lở bờ dưới sự

Đa thuộc phường 27, 28 quận Bình Thạnh - quy mô phòng thí nghiệm.

Hình 3. Vị trí đoạn Thanh Đa trên
thực tế

Hình 4. Mô hình thủy lực thu nhỏ
đoạn Thanh Đa trong phòng thí nghiệm

3.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tổng quan lý thuyết
- Tìm hiểu các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến dòng thứ cấp và
sạt lở bờ sông.
- Tìm hiểu và nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mô hình toán mô phỏng cấu trúc
dòng thứ cấp.
- Dựa trên các thông tin tìm hiểu được, thiết kế các phương án thí nghiệm và
các kịch bản mô phỏng dòng thứ cấp để giải quyết vấn đề.
Kết quả cần đạt:
- Tổng quan tình hình nghiên cứu.
- Nắm vững cơ sở lý thuyết mô hình toán.
- Đề xuất phương án thí nghiệm và các kịch bản mô phỏng.
Nội dung 2: Xác định các thông số vật lý từ mô hình vật lý thu nhỏ
- Xây dựng mô hình vật lý thu nhỏ theo tỷ lệ biến dạng 1: 500 theo phương
ngang và 1:100 theo phương đứng.
- Đo đạc các thông số về địa hình đáy của mô hình thu nhỏ.

8


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu


kích thước, bán kính cong, lưu lượng dẫn trong kênh đến phân bố ứng suất tiếp dòng
chảy.

9


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

- Tổng hợp để đưa ra ảnh hưởng của dòng thứ cấp lên sạt lở bờ sông đoạn cong
Thanh Đa dựa vào hiện trạng sạt lở thực tế ở đoạn sông đó.
Kết quả cần đạt:
- Mối liên hệ giữa cấu trúc dòng thứ cấp và ứng suất tiếp.
- Mức độ ảnh hưởng của dòng thứ cấp đến sạt lở bờ sông đoạn cong Thanh Đa.
Nội dung 5: Đề xuất giải pháp kỹ thuật để hạn chế tác động của dòng thứ
cấp lên bờ sông và đáy sông
(1) Từ các kết quả phân tích được ở nội dung 4, đề ra giải pháp kỹ thuật thích
hợp để hạn chế tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông.
(2) Thực nghiệm giải pháp đó trên mô hình vật lý biến dạng.
(3) Ứng dụng mô hình toán tương ứng với trường hợp thí nghiệm trên mô hình
biến dạng.
(4) Ứng dụng mô hình toán cho trường hợp sử dụng giải pháp trên mô hình thu
nhỏ không biến dạng.
(5) Phân tích hiệu quả của giải pháp kỹ thuật dựa trên kết quả tính.
Kết quả cần đạt:
Đánh giá được tính hiệu quả của giải pháp kỹ thuật bằng so sánh cấu trúc dòng
thứ cấp trong đoạn sông cong trước và sau khi có giải pháp.
3.4. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành các nội dung được đề ra, một số phương pháp chính được sử

-

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

Thu thập các số liệu về động lực học trên đoạn sông thực tế để thiết kế các

kịch bản phù hợp cho thí nghiệm trên mô hình vật lý thu nhỏ.
3.4.2. Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm trên mô hình vật lý
Đo đạc trên mô hình thuỷ lực thu nhỏ của sông Sài Gòn – đoạn Thanh Đa. Mô
hình thu nhỏ được xây dựng dựa vào tiêu chuẩn Froude theo công thức:
V

g .H

V'

(1)

g .H '

với V ,V ' lần lượt là vận tốc dòng chảy của sông thực và vận tốc dòng chảy mô
hình thu nhỏ, H, H ' lần lượt là độ sâu dòng chảy của sông thực và mô hình thu nhỏ.
Ngoài ra, dòng chảy trong mô hình thu nhỏ cũng phải thoả mãn số Reynolds
trong miền chảy rối giống dòng chảy thực tế trên sông. Vì không thể đáp ứng đồng
thời cả 2 quy luật đồng dạng về số Froude và số Reynold nên xây dựng mô hình thu
nhỏ dựa trên sự đồng dạng số Froude và giữ Reynolds trên 500 để đảm bảo điều kiện
chảy rối trong mô hình thu nhỏ.
Mô hình thu nhỏ được xây dựng dựa trên số liệu đo đạc địa hình từng mặt cắt
năm 2011. Các mặt cắt được đánh số như trong Hình 5.


Trong đề tài này, phương pháp mô hình toán sẽ được sử dụng để mô phỏng các
quá trình vật lý, quá trình chuyển động của dòng chảy trong sông bằng những phương
trình toán học là những phương trình vi phân cơ bản (phương trình liên tục và phương
trình động lượng). Những phương trình này sẽ được giải xấp xỉ bằng phương pháp
thích hợp như phương pháp sai phân hữu hạn, hay phương pháp phần tử hữu hạn,…
để tính toán các thành phần dòng chảy như mực nước, vận tốc, lưu lượng,… tại những
vị trí khác nhau trong khu vực tính toán.
Sử dụng mô hình toán để thấy được các kết quả sau:
-

Quá trình hình thành dòng chảy thứ cấp trên các đoạn sông cong trong thực tế.

-

Sự phân bố trường vận tốc và phân bố ứng suất tiếp trên các đoạn sông cong.

12


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

-

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

Sự thay đổi của vận tốc và ứng suất tiếp ứng với đoạn sông cong trong trường

hợp có sự thay đổi giữa tỉ lệ độ rộng và độ sâu của sông.
Nhìn chung, phương pháp mô hình toán là phương pháp được sử dụng phổ
biến để nghiên cứu rất nhiều vấn đề trong lĩnh vực đời sống. Hiện nay có rất nhiều

 2ui
1 p τ ij
u j



t
x j
 x j x j
x j x j

(3)

Các phương trình này mô tả sự chuyển động của xoáy lớn, còn các xoáy nhỏ
được mô phỏng qua mô hình rối SGS (subgrid-scale) τij:

13


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

 ij  u i u j  u i u j

(4)

Mô hình SGS Smagorinsky có dạng (Piomelli, 1999):
1
3

Ý nghĩa khoa học: Kết quả công việc mà đề tài hướng đến sẽ góp phần hiểu rõ
bản chất của dòng thứ cấp, một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến sạt lở bờ
sông cong. Tuy dòng thứ cấp đã được nghiên cứu trước đây, nhưng ở Việt Nam chưa
có nghiên cứu sâu được tiến hành cũng như ứng dụng để giải quyết vấn đề xói lở đoạn
cong Thanh Đa trên sông Sài Gòn.
Ý nghĩa thực tiễn: đề tài hướng đến giải quyết vấn đề thực tế: xói lở bờ sông
trên những đoạn sông cong.
Bên cạnh đó, những mối tương quan giữa ứng suất tiếp, đặc trưng hình học và
thủy lực của đoạn sông cong (bán kính cong, lưu lượng và tỉ lệ giữa độ rộng và độ
sâu của kênh) đối với một số đoạn sông Sài Gòn có thể phục vụ tốt cho những nghiên
cứu sâu hơn, và thực tế hơn cho các đoạn sông khác ở Việt Nam.

14


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

5. BỐ CỤC DỰ KIẾN

TÓM TẮT
ABSTRACT
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
2. Mục tiêu nghiên cứu

3.4 Kết quả tính toán, phân tích và kết luận
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG THỨ CẤP CHO
KHU VỰC NGHIÊN CỨU
4.1 Đề xuất giải pháp kỹ thuật thích hợp để hạn chế tác động của dòng thứ
cấp lên bờ sông và đáy sông
4.2 Thực nghiệm trên mô hình vật lý và mô phỏng trên mô hình toán
4.3 Phân tích tính hiệu quả của giải pháp kỹ thuật
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Kết quả đạt được
2 Hạn chế
3 Hướng phát triển
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

16


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Thiềm Quốc Tuấn, Huỳnh Ngọc Sang, Đậu Văn Ngọ (2008). Hiện trạng trượt
lở bờ sông Sài Gòn, phương hướng ngăn ngừa khắc phục. Tạp chí phát triển
KH&CN, tập 11, số 11 – 2008.

[2]


– 505.

[8]

W.H. Graf, K. Blanckaert (2002). Flow around bends in rivers. The 2nd
International Conference New Trends in Water and Environmental Engineering
for Safety and Life: Eco-compatible Solutions for Aquatic Environments. Capri
(Italy), June 24-28, 2002.

[9]

Rodi, w., and Leschziner, M. A. Calculation ofStrongly Curved Open Channel
Flow, J. of Hyd. Div., ASCE, (1978) 105(HY10)

[10] Y. Shimizu, T. Itakura. Calculation of Bed Variation in AlluvialChannels, J.
Hydraul. Eng. 115(3), (1989) 367-384

17


Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu

Trà Nguyễn Quỳnh Nga

[11] Lai, Y and Weber, L.J. and Patel, V.C. Nonhydrostatic Three Dimensional
Model for Hydraulic Flow Simulation 1: Formulation and Verification. J. Hyd.
Eng., ASCE, 129(3), (2003) 196–200
[12] Sinha et al (1998). “Three dimensional numerical model for flow through
natural rivers.” J. Hydraul. Eng., 124(1), 13–24.
[13] Athanasios N. Papanicolaou et al (2007). Secondary current effects on cohesive