LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác. Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn
đầy đủ theo quy định.
Tác giả luận văn

Lê Văn Thìn

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết
kế” được hoàn thành với sự giúp đỡ, động viên về mọi mặt của tập thể Trung tâm
Nghiên cứu Phòng tránh và Giảm nhẹ thiên tai – Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc
gia về Động lực học sông biển – Viện Khoa học Thuỷ lợi, Trường Đại học Thuỷ lợi.
Học viên bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Đăng Giáp, PGS.TS. Nguyễn
Quang Hùng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo, đồng thời cung cấp các tài liệu cần thiết
để học viên hoàn thành bản luận văn.
Học viên chân thành cảm ơn GS.TS. Phạm Ngọc Quý và các thầy cô bộ môn Thuỷ
Công – Trường Đại học Thuỷ lợi đã chia sẻ, chỉ bảo, tạo điều kiện định hướng giúp đỡ
học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Học viên chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Trung tâm nghiên cứu Phòng tránh và
Giảm nhẹ thiên tai đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ học viên về mặt kỹ thuật, chuyên
môn, các đồng nghiệp và gia đình luôn cổ vũ, động viên trong suốt quá trình thực hiện.
Trong quá trình thực hiện, kiến thức của học viên còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi các sai sót. Học viên rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy, cô giáo, bạn
bè, đồng nghiệp và những người quan tâm khác.
Tác giả luận văn


1.3.3, Hướng nghiên cứu .............................................................................................. 18
1.4, Phạm vi nghiên cứu................................................................................................. 19
1.5, Các thông số cơ bản của lưu vực và công trình trong tính toán [4] ........................ 19
1.6, Kết luận ................................................................................................................... 21
CHƯƠNG 2,
THUỶ LỰC

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ
............................................................................................................ 23
iii


2.1, Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn, tính toán ổn
định ....................................................................................................................................
23
2.1.1, Mô hình thuỷ lực Mike11 HD [5] ...................................................................... 23
2.1.2, Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD và Mike Flood [5] ............................... 27
2.1.3, Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST [5] ......................................... 29
2.1.4, Mô hình tính toán ổn định [6] ............................................................................ 34
2.2, Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................................... 36
2.3, Mô hình nghiên cứu cho lòng dẫn Khe Trí............................................................. 37
2.3.1, Thiết lập mô hình MIKE 21FM cho miền mô phỏng ........................................ 37
2.3.2, Hiệu chỉnh mô hình ............................................................................................ 42
2.3.3, Kiểm định mô hình ............................................................................................. 45
2.4, Kết luận ................................................................................................................... 47
CHƯƠNG 3, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN VÀ ĐẢM BẢO
KHẢ NĂNG THOÁT LŨ LÒNG DẪN KHE VANG – KHE TRÍ ............................. 48
3.1, Kết quả tính toán thuỷ lực và biến hình lòng dẫn với lòng dẫn hiện trạng ............ 48
3.1.1, Kết quả tính toán thuỷ lực .................................................................................. 48
3.1.2, Kết quả tính toán biến hình lòng dẫn ................................................................. 50

Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-03: ............................................................103
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-02: ............................................................110
Kết quả tính toán thuỷ lực phương án XC-All: ...........................................................117

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.

Một số dạng kết cấu gia cố bờ (Nguồn – Internet) .................................... 10

Hình 1.2.

Một số hình thức kè mái chống sạt lở bờ sông (Nguồn – Internet) ........... 10

Hình 1.3.

Cấu tạo kè mỏ hàn cơ bản (Nguồn – Internet) ........................................... 11

Hình 1.4.

Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông (Nguồn – Internet) ................................ 11

Hình 1.5.

Kè hoàn lưu và tác dụng phòng chống sạt lở, gây bồi (Nguồn – Internet) 12

Hình 1.6.


Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng................................................... 25

Hình 2.6.

Mô phỏng dòng chảy qua công trình dạng tràn ......................................... 26

Hình 2.7.

Mô phỏng dòng chảy qua công trình dạng cống........................................ 26

Hình 2.8.

Mô phỏng cách tính dòng chảy do mưa sinh ra trên 1 ô ruộng ................. 27

Hình 2.9.

Các mô hình dòng chảy tràn họ MIKE ...................................................... 31

Hình 2.10. Kết nối hai bên mô hình Flood cho lưu vực sông ...................................... 32
Hình 2.11. Kết nối trong MIKE 11 và MIKE 21 ......................................................... 33
Hình 2.12. Kết nối giữa mô hình 1D và 2D ................................................................. 33
Hình 2.13. Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc ................................................................ 34
Hình 2.14. Sơ đồ mạng sông trong mô phỏng mô hình toán một chiều ...................... 37
Hình 2.15. Sơ đồ nghiên cứu trong luận văn ............................................................... 37
Hình 2.16. Mô hình mô phỏng thuỷ lực trên MIKE11 ................................................ 40
Hình 2.17. Mô phỏng 2 chiều mạng thuỷ lực Khe Trí................................................. 40
Hình 2.18. Sơ đồ lưới tính cho mô hình MIKE FLOOD ............................................. 41
Hình 2.19. Địa hình lưới tính cho mô hình MIKE FLOOD ........................................ 42

vi

Mặt cắt điển hình khi mở rộng đoạn 05 ..................................................... 55

Hình 3.6.

Địa hình hiện trạng khu vực xói lở 03 ....................................................... 56

Hình 3.7.

Địa hình sau khi mở rộng ........................................................................... 56

Hình 3.8.

Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 03 ........................................................... 57

Hình 3.9.

Địa hình hiện trạng khu vực xói lở thứ 2 ................................................... 57

Hình 3.10. Địa hình sau khi mở rộng ........................................................................... 58
Hình 3.11. Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 02 ........................................................... 58
Hình 3.12. Địa hình chưa xoay trụ và mở rộng cầu (hiện trạng trong nghiên cứu của
TS. Nguyễn Đăng Giáp) ................................................................................................ 59
Hình 3.13. Địa hình sau khi xoay trụ và mở rộng cầu (hiện trạng trong nghiên cứu
này)
.................................................................................................................... 59
Hình 3.14. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-05 .......................................... 62
Hình 3.15. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-03 .......................................... 65
Hình 3.16. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-02 .......................................... 68
Hình 3.17. Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-All ......................................... 71
Hình 3.18. Sơ đồ phân bố lưu tốc trên mặt bằng ......................................................... 73

Bảng đánh giá vận tốc cực đại tại các vị trí xói trên lòng dẫn Khe Trí: .... 49

Bảng 3.3.

Vận tốc trung bình cho phép đối với lớp áo, mặt gia cố nhân tạo ............. 74

Bảng 3.4.

Các hình thức gia cố và quy mô tương ứng ............................................... 75

Bảng 3.5.

Toạ độ các vị trí giải pháp mở rộng lòng dẫn ............................................ 77

Bảng 3.6.

Các trường hợp tính toán............................................................................ 78

Bảng 3.7.

Bảng chỉ tiêu cơ lý mô phỏng trong mô hình Geo-Slope .......................... 82

ix



MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong quá trình khai thác và lợi dụng tổng hợp nguồn nước, một số công trình được
xây dựng trên các dòng sông. Sau khi xây dựng công trình, các điều kiện thuỷ vănthuỷ lực- bùn cát sẽ thay đổi so với dòng chảy tự nhiên, gây nên sự biến hình lòng

- Đề xuất giải pháp hạn chế sự biến đổi đột ngột chế độ thuỷ lực, ổn định lòng dẫn và
đảm bảo khả năng thoát lũ lòng dẫn khe Trí.
III. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp Tổng hợp và phân tích tài liệu: Dựa trên nguồn dữ liệu của các dự án
khác nhau, tiến hành tổng hợp, đánh giá những vấn đề còn tồn tại, cần giải quyết của
bài toán nghiên cứu, từ đó đưa ra hướng giải quyết.
- Phương pháp Mô hình toán: Mô phỏng, tính toán thuỷ lực và biến hình lòng dẫn
trong phạm vi nghiên cứu.
IV. Dự kiến kết quả đạt được
- Đánh giá được hiện trạng chế độ thuỷ lực, diễn biến lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết
kế.
- Xác định được các vị trí có sự biến đổi cục bộ chế độ thuỷ lực và lòng dẫn Khe Trí
khi xả lũ thiết kế.
- Đề xuất được giải pháp đảm bảo khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn Khe Trí khi
công trình đi vào vận hành.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC VÀ GIẢI PHÁP ỔN
ĐỊNH LÒNG DẪN KHI XẢ LŨ
1.1. Tổng quan chung về chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn, chỉnh trị sông
1.1.1. Về chế độ thuỷ lực
Một dòng sông có hai yếu tố cấu thành cơ bản: dòng nước chuyển động có mặt thoáng
tự do và lòng dẫn cho chính nó tạo ra trên bề mặt lục địa. Hai yếu tố tạo thành dòng
sông này bằng các tác động của dòng chảy làm thay đổi kích thước, hình dạng, vị trí.
Nhưng sự thay đổi đó của lòng dẫn lại làm tác động làm thay đổi trạng thái và kết cấu
dòng nước. Tác động qua lại giữa dòng nước và lòng dẫn cứ thế tiếp diễn không
ngừng, hình thành vòng đời của một con sông còn gọi là quá trình lòng sông. Ta thấy
rằng, hai yếu tố này mâu thuẫn nhau, khống chế lẫn nhau, nhưng đồng thời cũng phụ

trên lòng dẫn lớn nên có nguy cơ xói lở, từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ
của lòng sông, gây mất ổn định.
1.1.2. Về biến hình lòng dẫn
Tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn sở dĩ có thể nhận biết được là do quan
sát chuyển dộng của bùn cát. Nói một cách khác, tác động tương hỗ giữa dòng nước và
lòng dẫn được thực hiện qua chuyển động của bùn cát. Thực chất, bùn chát khi thì là
một bộ phần cấu thành lòng dẫn, khi lại là một bộ phận của dòng chảy, tức là bùn cát
đã từ phía này của khối mâu thuẫn chuyển sang phía kia (phía đối lập) của khối mâu
thuẫn. Do đó, nếu nói tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn là vấn đề trung
tâm thì chuyển động bùn cát chính là hạt nhân của trung tâm đó [1].
Việc chuyển động bùn cát gây ra sự thay đổi về hình thái sông, các vấn đề xói, bồi trên
lòng dẫn làm ảnh hưởng đến các yếu tố thuỷ lực, từ đó sinh ra quá trình vận động của
dòng chảy. Vấn đề này liên quan trực tiếp đến nguy cơ sạt lở, bồi lấp. Khi vận tốc
dòng chảy đạt quá vận tốc khởi động của thành phần hạt trong lòng dẫn sẽ gây ra sự
chuyển động của các hạt cát.
1.1.3. Về thoát lũ
Khả năng thoát lũ của một đoạn sông được đánh giá bằng trị số lưu lượng thoát qua
đoạn sông ứng với mức nước xác định. Phân tích biến động khả năng thoát lũ theo thời
gian nhằm đánh giá xem đoạn sông có thoát được lượng lũ theo nhu cầu và mục đích
sử dụng từ đó có phương hướng để tăng khả năng thoát lũ [2].
4


Nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ bao gồm:
- Lòng sông hơi cong trở thành cong gấp, lòng sông một nhánh trở thành nhiều nhánh,
làm thay đổi sức cản thuỷ lực trên cả đoạn sông…
- Sự thay đổi diện tích mặt cắt ướt (diện tích thoát nước) và sự thay đổi sức cản thuỷ
lực của lòng con tại mặt cắt đang xét
- Xuất hiện các vật cản trên lòng dẫn thoát lũ
Khả năng thoát lũ của lòng dẫn được tính toán trong điều kiện mực nước hạ lưu đạt

mới đạt trạng thái ổn định mới [2].
1.1.4. Về chỉnh trị lòng dẫn
Chỉnh trị lòng dẫn (hay chỉnh trị sông) là một môn khoa học nghiên cứu các biện pháp
công trình để điều chỉnh dòng chảy và lòng dẫn nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi
cho việc khai thác các nguồn lợi của sông hoặc để hạn chế, đi đến loại trừ các tác hại
do sông gây ra đối với các ngành kinh tế và đời sống con người [1].
Trên thực tế, chỉnh trị lòng dẫn dựa vào mục đích sử dụng của lòng dẫn cho nhu cầu
phát triển kinh tế xã hội, như ở trên sông Hồng, ngoài vấn đề ổn định lòng dẫn còn cần
nghiên cứu về luồng lạch, giao thông thuỷ, hay như lòng dẫn Khe Trí, vấn đề thoát lũ
lại được ưu tiên lên đầu để phục vụ nhu cầu xả lũ của hồ chứa. Dựa vào mục đích sử
dụng mà các nhà nghiên cứu sẽ đánh giá hiện trạng, đồng thời đề xuất giải pháp chỉnh
trị phù hợp nhằm giảm chi phí và tăng lợi ích cho cộng đồng.
1.1.4.1. Các nguyên tắc chung về chỉnh trị sông
Chỉnh trị sông theo nghĩa rộng đòi hỏi thực hiện hàng loạt những công trình trong lưu
vực và trong lòng sông. Những công trình trong lưu vực đa phần là để chống xói mòn
và sạt lở sườn dốc, những công trình chặn lũ kết hợp phát điện, nuôi trồng thuỷ sản,
dẫn nước… Các công trình lòng sông được thực hiện để điều chỉnh lòng sông trong
trạng thái tự nhiên hoặc để kênh hoá [1].
Các công trình điều chỉnh lòng sông trong trạng thái tự nhiên có thể được thực hiện
với mức độ nhẹ để không thay đổi lớn thế sông hiện có, hoặc với mức độ cải tạo triệt
để, thay đổi cơ bản thế ống hiện có. Chúng ta thiên về biện pháp công trình ở mức độ

6


nhẹ, nhằm cải tạo tình hình một cách cục bộ trên đoạn sông đanh hoặc sẽ không đáp
ứng được nhu cầu khai thác.
Chỉnh trị sông cần tận dụng tối đa năng lượng chính của dòng chảy để đạt mục đích
tạo bồi, gây xói, tránh những công trình làm thay đổi quá lớn chế độ dòng chảy và hình
thái ổn định của lòng sông hiện có. Từ nguyên tắc này ta thấy răng, bố trí công trình

giữa chiều rộng B và độ sâu trung bình h được thể hiện qua biểu thức của Gluskôp:
𝐵𝑚
=ξ
ℎ

Theo tài liệu của các sông vùng Trung Á (Liên Xô cũ). Altunin đề nghị số mũ m = 0,5
và hằng số ξ được xác định theo đoạn sông mẫu của từng trường hợp cụ thể.
Altunin đã đưa ra công thức tính kích thước tuyến chỉnh trị như sau:
𝐵=𝐴

𝑄0.5
𝐽0.2

và ℎ =

1

ξ

𝐵0.5

Trong đó A được gọi là hệ số ổn định ngang, được xác định như sau:
A = 0,90

Đối với sông miền núi;

A = 1,10

Đối với sông trung du;


1. Về chỉnh trị chống sạt lở bờ sông
Có rất nhiều phương án chỉnh trị trong sạt lở bờ sông, trong đó các biện pháp kè mái,
kè mỏ hàn được sử dụng rất phổ biến, đây là các công trình gia cố bờ nhằm giữ ổn
định cho bờ sông, bờ kênh hoặc các mái công trình khỏi tác động xâm thực của dòng
chảy, của sóng, của nước ngầm và những tác nhân phá hoại khác, đảm bảo an toàn cho
mục tiêu bảo vệ.
Biện pháp kè mái tác động trực tiếp lên lòng dẫn, tăng khả năng chóng đỡ của lòng
dẫn mà không phá hoại kết cấu dòng chảy (giảm tốc độ, thay đổi phương hướng) cho
nên đây là loại công trình phòng ngự, mang tính chất bị động.

9


Hình 1.1. Một số dạng kết cấu gia cố bờ (Nguồn – Internet)

Hình 1.2. Một số hình thức kè mái chống sạt lở bờ sông (Nguồn – Internet)
Các công trình mỏ hàn và kè hoàn lưu được sử dụng nhằm điều chỉnh hướng dòng
chảy, tạo bồi phía sau công trình nhằm tránh các tác động trực tiếp của dòng chảy lên
bờ sông. Lưu tốc dòng chảy sau các công trình giảm làm giảm khả năng xói lở của
dòng chảy.

10


Hình 1.3. Cấu tạo kè mỏ hàn cơ bản (Nguồn – Internet)

Hình 1.4. Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông (Nguồn – Internet)

11




1.2. Tổng quan về các nghiên cứu
1.2.1. Các nghiên cứu về chuyển nước giữa các lưu vực
Vấn đề chuyển nước giữa các lưu vực là vấn đề phổ biến trên thế giới nói chung và
Việt Nam nói riêng. Tuy nhiên theo sự tìm hiểu của học viên, vấn đề chuyển nước đề
cập đến ở đây là sự chia sẻ lợi ích nguồn nước giữa các lưu vực.
Ở Việt Nam có một số dự án nổi tiếng về vấn đề chuyển nước như:
- Công trình thủy điện Đăk Mi 4: nằm trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, do
Tổng công ty đầu tư phát triển đô thị và khu công nghiệp Việt Nam (IDICO) làm chủ
đầu tư. Trong quá trình thi công, TP Đà Nẵng phát hiện thủy điện Đăk Mi 4 chuyển
nước từ sông Vu Gia đổ về sông Thu Bồn gây nên tình trạng thiếu nước nghiêm trọng
cho TP, nên đã có văn bản kiến nghị lên Chính phủ. Sau nhiều lần kiến nghị liên tục,
tháng 4-2010 Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải có văn bản yêu cầu IDICO phải thiết kế
cống điều tiết tại đập để xả 25m3 nước/giây trở lại sông Vu Gia nhằm giải quyết nguy
cơ thiếu nước trầm trọng ở vùng hạ lưu. Tuy nhiên theo UBND TP Đà Nẵng
- Thuỷ điện An Khê – Kanak: Được xây dựng trên sông Ba, sau khi xây dựng xong,
thuỷ điện này đã chuyển phần lớn lượng nước của sông Ba về sông Côn (tỉnh Bình
Định) làm thay đổi dòng chảy vốn theo quy luật từ nhiều năm nay. Mỗi năm, hơn 300
tỷ m³ nước sông Ba đã bị chuyển về sông Côn khiến hàng trăm triệu hộ dân sống ở lưu
vực sông Ba thiếu nước sinh hoạt và sản xuất.
...và nhiều dự án khác.
Ở trên thế giới, cụm từ “interbasin transfer” đã được thiết lập thể hiện mô tả các
chương trình/dự án chuyển nước từ một lưu vực sông này đến lưu vực sông khác. Mục
đích của các kế hoạch/dự án này là giảm bớt sự thiếu hụt nước ở lưu vực tiếp nhận.
Như vậy, vấn đề chuyển nước giữa các lưu vực không còn xa lạ đối với ngành tài
nguyên nước nói chung, tuy nhiên vấn đề ở dự án Ngàn Trươi lại là một bài toán hoàn
toàn khác.

14

Các vấn đề của các sông vùng đồng bằng sông Cửu Long được Lê Ngọc Bích, Lương
15