Tài liệu Nghiên cứu giải pháp thi công công trình cống chịu ảnh hưởng vùng triều

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ ptnt Tr­êng ®¹i häc thuû lîi ---------- NguyÔn v¨n toµn Nghiªn cøu gi¶I ph¸p thi c«ng c«ng tr×nh Cèng chÞu ¶nh h­ëng vïng triÒu Chuyªn ngµnh: X©y dùng c«ng tr×nh thñy M· sè: 60.58.40 luËn v¨n th¹c sÜ Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: TS §ång Kim H¹nh Hµ néi - 2013 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin được cảm ơn sâu sắc đối với cô giáo hướng dẫn TS. Đồng Kim Hạnh đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tác giả những tri thức khoa học quý giá. Tác giả cũng xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng đào tạo đại học và sau đại học và Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp được hoàn thành tốt đẹp. Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ Nguyễn Văn Toàn năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ Nguyễn Văn Toàn năm 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH CỐNG CHỊU ẢNH HƯỞNG VÙNG TRIỀU ...................................................... 4 1.1.Tổng quan về đặc điểm, điều kiện tự nhiên công trình cống vùng triều .............. 4 1.1.1Vùng ven biển từ Quảng Ninh đến Nghệ An (Cửa Hội) ............................... 4 1.1.2Vùng ven bờ từ Nghệ An (Cửa Hội) đến Quảng Binh (Cửa Tùng) .............. 4 1.1.3 Vùng ven bờ từ Cửa Nam Quảng Bình (Cửa Tùng) đến Cửa Thuận An ..... 5 1.1.4 Vùng ven biển Cửa Thuận An và lân cận ..................................................... 5 1.1.5Vùng ven bờ Nam Thừa Thiên – Huế đến Bắc Quảng Nam Đà Nẵng ......... 5 1.1.6 Vùng ven bờ từ Quảng Nam Đà Nẵng đến Thuận Hải ................................ 5 1.1.7Vùng ven bờ từ Hàm Tân đến Mũi Cà Mau .................................................. 5 1.1.8 Đặc tính thủy văn vùng cửa sông có thủy triều ............................................ 7 1.1.9 Chuyển động bùn cát vùng cửa sông ............................................................ 8 1.1.10 Điều kiện địa hình, địa chất ...................................................................... 15 1.2.Các biện pháp thi công công trình vùng triều .................................................... 21 1.2.1 Công nghệ thi cống cống vùng triều dạng truyền thống ............................... 23 1.2.2 Công nghệ thi công kiểu đập xà lan ............................................................... 27 1.2.3 Công nghệ ngăn sông dạng Đập trụ đỡ ........................................................... 29 1.3. Kết luận chương I .......................................................................................... 32 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH THI CÔNG CÔNG TRÌNH CHỊU ẢNH HƯỞNG vùng TRIỀU ..................... 33 2.1.Phân tích, đánh giá các điều kiện ảnh hưởng tới công trình vùng triều ............. 33 2.1.1.Điều kiện về địa hình .................................................................................. 33 2.1.2.Điều kiện về địa chất .................................................................................. 33 2.1.3.Điều kiện về thủy văn, dòng chảy, thủy triều. ............................................ 33 2.1.4.Điều kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy ..................................................... 34 2.2.Các nhân tố ảnh hưởng tới giải pháp thi công ................................................... 34 2.2.1 Nhóm các nhân tố về điều kiện tự nhiên của khu vực thi công công trình 34 2.2.2 Nhóm các nhân tố về điều kiện thi công công trình ................................... 35 2.2.3 Nhóm các nhân tố về đặc điểm kết cấu công trình ..................................... 35 2.3.Các giải pháp công trình cống trong điều kiện vùng triều ................................. 35 2.4 Kết luận chương II .............................................................................................. 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HỢP LÝ THI CÔNG CÔNG TRÌNH CỐNG NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ ........................................... 52 3.1 Tổng quan về dự án “ Thi công cống Nhiêu Lộc – Thị Nghè” .......................... 52 3.2. Đặc điểm kết cấu, điều kiện tự nhiên ................................................................ 53 3.2.1 Đặc điểm kết cấu ........................................................................................ 53 3.2.2 Điều kiện địa hình....................................................................................... 55 3.2.3 Điều kiện địa chất ....................................................................................... 56 3.2.4 Điều kiện thủy văn ...................................................................................... 57 3.3Giải pháp thi công Cống ..................................................................................... 61 3.3.1 Tính toán các thông số phục vụ cho thi công theo phương án chọn .......... 63 3.3.2 Thi công xử lý nền ...................................................................................... 70 3.4Kết luận chương III ............................................................................................. 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 93 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số mũ trong công thức 1.4.......................................................................12 T 0 3 T 0 3 Bảng 1.2: Thống kê một số công trình ngăn vùng cửa sông, ven biển .....................23 T 0 3 T 0 3 Bảng 1.3: Bảng thống kê xói lở hạ lưu một số cống lộ thiên ....................................26 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.1: Kích thước thiết bị neo .............................................................................41 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.2: Thông số xích neo .....................................................................................42 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.3: Thông số mắt xích cuối .............................................................................42 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.4: Thông số mắt xích quay ............................................................................43 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.5 : Thông số vòng liên kết .............................................................................43 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.6: Thông số vòng nối ....................................................................................44 T 0 3 T 0 3 Bảng 2.7: Thông số cáp ............................................................................................44 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.1: Phân bố địa hình lưu vực .........................................................................56 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.2: Các đặc trưng nhiệt độ. ............................................................................57 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.3: Các đặc trưng gió. ....................................................................................57 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.4: Mô hình mưa trận 3 giờ ứng với các chu kỳ lặp lại (năm) .....................59 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.5 :Thời gian duy trì độ mặn 4 g/l ở một số vị trí trong điều kiện tự nhiên ..60 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.6: Mực nước cực trị tại trạm Phú An ...........................................................60 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.7: Mực nước triều lớn nhất tính theo số liệu tại trạm Phú An H(cm) ..........61 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.8: Điều kiện thủy văn thủy lực .....................................................................63 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.9: Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP IV ...........................64 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.10: Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép ................................64 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật của cáp PC36............................................................65 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.12: Thông số đất nền và đất đắp ..................................................................67 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.13: Thông số vật liệu mô hình ......................................................................67 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.14: Thông số ô tô ..........................................................................................74 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.15: Thông số yêu cầu của vữa bentonite ......................................................76 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.16: Thông số điều chỉnh độ nhớt của vữa bentonite ....................................79 T 0 3 T 0 3 Bảng 3.17: Sai lệch cho phép của cọc khoan nhồi ...................................................87 T 0 3 T 0 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Biểu đồ quan hệ giữa T 0 3 ...................9 T 0 3 Hình 1.2: Phân bố chiều dày và hàm lượng bùn cát với lưu tốc dòng triều.............10 T 0 3 T 0 3 Hình 1.3: Cống lower - Rhine ...................................................................................22 T 0 3 T 0 3 Hình 1.4: Cắt dọc, mặt đứng phía thượng lưu, hạ lưu cống đại diện.......................24 T 0 3 T 0 3 Hình 1.5: Mặt bằng, cắt dọc biện pháp thi công hố móng cống đại diện.................25 T 0 3 T 0 3 Hình 1.6: Cấu tạo đập xà lan ....................................................................................29 T 0 3 T 0 3 Hình 1.7: Công trình ngăn mặn giữ ngọt Phó Sinh (Bạc Liêu -1998)......................30 T 0 3 T 0 3 Hình 1.8: Công trình ngăn mặn giữ ngọt Sông Cui (Long An -2001) ......................31 T 0 3 T 0 3 Hình 1.9: Công trình cống Hiền Lương (Quảng Ngãi) ............................................32 T 0 3 T 0 3 Hình 2.1: Tìm trọng tâm hợp lực ..............................................................................37 T 0 3 T 0 3 Hình 2.2: Tính độ chìm .............................................................................................38 T 0 3 T 0 3 Hình 2.3: Tính bán kính ổn định ...............................................................................39 T 0 3 T 0 3 Hình 2.4: Tính bán kính ổn định ..............................................................................39 T 0 3 T 0 3 Hình 2.5: Tính độ nghiêng ........................................................................................40 T 0 3 T 0 3 Hình 2.6: Thiết bị neo ...............................................................................................41 T 0 3 T 0 3 Hình 2.7: Xích neo ....................................................................................................41 T 0 3 T 0 3 Hình 2.8: Vòng xích ..................................................................................................42 T 0 3 T 0 3 Hình 2.9: Mắt xích cuối ............................................................................................42 T 0 3 T 0 3 Hình2.10: Mắt xích quay...........................................................................................43 T 0 3 T 0 3 Hình 2.11 : Vòng liên kết ..........................................................................................43 T 0 3 T 0 3 Hình 2.12: Vòng nối ..................................................................................................44 T 0 3 T 0 3 Hình 2.13: Neo ..........................................................................................................45 T 0 3 T 0 3 Hình 2.14: Lực tác dụng vào neo ..............................................................................47 T 0 3 T 0 3 Hình 2.15: Lực xung kích tác dụng lên cáp neo .......................................................47 T 0 3 T 0 3 Hình 2.16: Chiều dài cáp neo ...................................................................................47 T 0 3 T 0 3 Hình 2.17: Một số hình ảnh thi công bằng hệ nổi ...................................................48 T 0 3 T 0 3 Hình 2.18: Một số hình ảnh thi công bằng phương pháp đắp đảo ...........................50 T 0 3 T 0 3 Hình 3.1: Khu vực dự án ..........................................................................................53 T 0 3 T 0 3 Hình 3.2: Mặt bằng công trình .................................................................................55 T 0 3 T 0 3 Hình 3.3: Mặt bằng và mặt cắt khung vây đắp cát ..................................................65 T 0 3 T 0 3 Hình 3.4: Mô hình, tải tác dụng và nội lực trong cừ, phản lực gối tựa....................66 T 0 3 T 0 3 Hình 3.5: Mô hình tính toán giai đoạn thi công .......................................................68 T 0 3 T 0 3 Hình 3.6: Biến dạng tổng thể và biểu đồ mô men cừ - TH1 .....................................68 T 0 3 T 0 3 Hình 3.7: Biến dạng tổng thể và biểu đồ mô men cừ - TH2 .....................................69 T 0 3 T 0 3 Hình 3.8: Ổn định tổng thể của khung vây – TH2 ....................................................69 T 0 3 T 0 3 Hình 3.9: Máy khoan SOILMEC RT3 – ST ...............................................................75 T 0 3 T 0 3 Hình 3.10: Cấu tạo phiễu thử nhớt ...........................................................................77 T 0 3 T 0 3 Hình 3.11: Sơ đồ tạo lỗ khoan ..................................................................................79 T 0 3 T 0 3 Hình 3.12: Công tác gia công cốt thép .....................................................................81 T 0 3 T 0 3 Hình 3.13: Công tác hạ cốt thép ...............................................................................82 T 0 3 T 0 3 Hình 3.14: Quy trình thi công cọc khoan nhồi .........................................................85 T 0 3 T 0 3 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Là một quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3260 km, và một hệ thống sông ngòi dày đặc, cùng với đó là rất nhiều các công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển, Việt Nam có một lợi thế rất lớn trong việc phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ. Nhưng bên cạnh đó, chúng ta cũng phải gánh chịu những thiệt hại hết sức nặng nề do thiên tai từ biển mang lại. Hàng năm cứ đến thời điểm triều cường lên cao gây ngập úng trên diện rộng làm ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh hoạt, sản xuất của nhân dân. Mặt khác vài thập niên gần đây thiên tai xảy ra khốc liệt hơn do biến đổi khí hậu toàn cầu. Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, xói lở..., xuất hiện nhiều hơn, cường độ lớn hơn, diễn biến khó lường, không tuân theo quy luật. Đặc biệt trong tương lai biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ dẫn tới tình trạng nước biển dâng. Theo cảnh báo của Liên hiệp quốc thì Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng nước biển dâng. Nếu mực nước biển tăng thêm 1m, Việt Nam sẽ phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm, 1/5 dân số sẽ mất nhà cửa, 12,3% diện tích đất trồng trọt sẽ biến mất và 40.000 km2 diện tích đồng bằng, 17 km2 diện tích bờ biển ở khu vực các tỉnh lưu vực sông Mêkông sẽ chịu tác động của những trận lũ ở mức độ không thể dự đoán được. Chính vì thế việc đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi, đặc biệt là các công trình vùng triều là một nhu cầu bức thiết, nhằm hạn chế mức độ tàn phá của thiên nhiên. Trong các vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều thì thành phố Hồ Chí Minh là một trong những vùng đang chịu ảnh hưởng rõ rệt nhất. Các công trình xây dựng ở vùng triều của Tp. Hồ Chí Minh thường xuyên chịu tác động của những điều kiện phức tạp ảnh hưởng đến điều kiện thi công cũng như khả năng vận hành an toàn, hiệu quả của công trình, các yếu tố ảnh hưởng: - Mật độ dân số tập trung đông, mặt bằng thi công trật hẹp. - Trong quá trình thi công vẫn phải đảm bảo giao thông và dòng chảy của sông 2 - Các công trình kiến trúc hiện hữu và các công trình ngầm cũng là một trở ngại lớn trong quá trình thi công các công trình chịu ảnh hưởng vùng triều Tp. Hồ Chí Minh. - Hệ thống đường giao thông, cầu cống nhỏ hẹp, đang xuống cấp và số lượng vẫn còn hạn chế so với nhu cầu thực, do đó việc vận chuyển vật tư thiết bị chủ yếu bằng đường thủy, dẫn tới tăng thời gian vận chuyển và chi phí xây dựng bến bãi. - Chế độ triều của Tp. Hồ chí Minh cũng là một trong các tác nhân gây khó khăn trong công tác thi công đào kênh, đắp đê quây, đập cũng như vận chuyển vật liệu, vật tư thiết bị. - Địa chất công trình cũng gây các khó khăn nhất định cho thi công như các lớp đất trên mặt nền công trình mềm yếu, lớp đất có khả năng chống cọc nằm sâu do đó phải khoan cọc nhồi xử lý nền, biện pháp thi công dựng cừ chống. Vì thế việc nghiên cứu áp dụng các biện pháp thi công mới trong xây dựng các công trình vùng triều là một nhu cầu cần thiết, nhằm hạn chế tới mức thấp nhất các tác động xấu của điều kiện tự nhiên đến quá trình thi công công trình. 2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu đặc trưng cơ bản trong thi công các công trình cống chịu ảnh hưởng triều. - Đề xuất các giải pháp thi công cho công trình cống xây dựng ở vùng triều. - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi công thích hợp cống Nhiêu Lộc - Thị Nghè. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các công trình cống xây dựng ở vùng triều. - Phạm vi nghiên cứu: Đề xuất giải pháp thi công thích hợp công trình cống Nhiêu Lộc – Thị Nghè. 4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng cho bài toán cụ thể. 3 - Nghiên cứu tài liệu trong nước và ngoài nước liên quan đến công nghệ thi công công trình chịu ảnh hưởng triều. - Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng tới phương án thi công và phân tích lựa chọn phương án thi công hợp lý. 5. Kết quả đạt được - Đặc trưng cơ bản trong thi công các công trình cống chịu ảnh hưởng triều. - Đề xuất các giải pháp thi công công trình cống vùng triều. - Đề xuất giải pháp thi công thích hợp công trình cống Nhiêu Lộc – Thị Nghè. 4  CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH CỐNG CHỊU ẢNH HƯỞNG VÙNG TRIỀU 1.1. Tổng quan về đặc điểm, điều kiện tự nhiên công trình cống vùng triều Thủy triều ở Việt Nam Thủy triều ở vùng biển ven bờ biển Việt Nam diễn ra rất phong phú và đặc sắc, khác biệt đáng kể với nhiều vùng biển khác. Thủy triều dọc ven biển Việt Nam đã phản ảnh một cách tập trung nhiều nét đặc sắc và đa dạng của thủy triều Biển Đông. Gồm đủ 4 kiểu thủy triều chính của thế giới: nhật triều, nhật triều không đều, bán nhật triều không đều, bán nhật triều. Cụ thể: 1.1.1Vùng ven biển từ Quảng Ninh đến Nghệ An (Cửa Hội) Là vùng nhật triều đều, điển hình là khu vực Hòn Dấu thuộc nhật triều rất thuần nhất với hầu hết số ngày nhật triều trong tháng (trên dưới 25 ngày), mỗi ngày chỉ có mộ lần nước lớn và một lần nước ròng. Độ lớn triều vùng này thuộc loại triều lớn nhất ở nước ta, trung bình khoảng 3 – 4 mét vào thời kỳ nước cường. Vùng lân cận Hải Phòng và Hồng Gai, hàng tháng chỉ có chừng 1 – 3 ngày có 2 lần nước lớn, 2 lần nước ròng. Thời gian triều dâng và thời gian triều rút chênh lệch nhau ít. Vùng Quảng Ninh, Ninh Bình và Bắc Thanh Hóa, tính chất nhật triều đã kém thuần nhất, trong tháng có 5 – 7 ngày bán nhật triều. Vùng Nam Thanh Hóa từ Lạch Bạng trở vào, hàng tháng có 8 – 12 ngày bán nhật triều. Độ lớn triều cũng giảm dần từ Bắc vào Nam. Trong các ngày nước cường biến thiên mực nước tại các địa điểm vùng này khá giống nhau. 1.1.2 Vùng ven bờ từ Nghệ An (Cửa Hội) đến Quảng Binh (Cửa Tùng) Vùng Nghệ An, Hà Tĩnh chủ yếu thuộc chế độ nhật triều không đều với số ngày nhật triều chiếm trên1/2 tháng. Các ngày có 2 lần nước lớn, 2 lần nước ròng thường xảy ra vào kỳ nước kém. Thời gian triều rút (15 – 16 giờ) lớn hơn thời gian triều dâng (10 giờ), đặc biệt là ở cửa sông. 5 Vùng ven bờ từ Ròn đến Cửa Tùng thuộc chế độ bán nhật triều không đều, hầu hết các ngày trong tháng đều có 2 lần nước lớn và chênh lệch độ cao của 2 lần nước ròng là khá rõ rệt. Thời gian triều dâng và thời gian triều rút của 2 lần nước lớn và nước ròng cũng khác nhau. Riêng tại Cửa Tùng đã có nhiều tính chất bán nhật triều đều, chênh lệch về thời gian triều dâng và thời gian triều rút hầu như không có, chỉ có chênh lệch độ cao của 2 lần nước ròng thể hiện tương đối rõ. 1.1.3 Vùng ven bờ từ Cửa Nam Quảng Bình (Cửa Tùng) đến Cửa Thuận An Là vùng bán nhật triều không đều. Phần lớn hoặc hầu hết số ngày trong tháng có 2 lần nước lớn và 2 lần nước ròng hàng ngày. Độ lớn thủy triều trung bình kỳ nước cường khoảng 1,1 – 0,5m, giảm từ Bắc đến Nam. 1.1.4 Vùng ven biển Cửa Thuận An và lân cận Là vùng bán nhật triều đều, không có sự khác biệt rõ rệt giữa nước cường và nước kém trong chu kỳ nửa tháng. Độ lớn thủy triều trung bình 0,4 – 0,5m. 1.1.5 Vùng ven bờ Nam Thừa Thiên – Huế đến Bắc Quảng Nam Đà Nẵng Là vùng bán nhật triều không đều. Trong tháng có khoảng 20 – 25 ngày bán nhật triều. Độ lớn thủy triều trung bình kỳ nước cường khoảng 0,8 – 1,2m, tăng dần về phía Nam. 1.1.6 Vùng ven bờ từ Quảng Nam Đà Nẵng đến Thuận Hải Là vùng nhật triều không đều. Tại Quy Nhơn và từ Quảng Ngãi đến Nha Trang hàng tháng có khoảng 18 – 22 ngày nhật triều, các nơi khác có số ngày nhật triều ít hơn. Thời gian triều dâng kéo dài hơn thời gian triều rút. Độ lớn triều trung bình trong thời kỳ nước cường 1,5 – 2,0m, tăng dần về phía Nam. 1.1.7 Vùng ven bờ từ Hàm Tân đến Mũi Cà Mau Vùng biển từ Bình Thuận đến Cần Giờ, triều chuyển dần sang chế độ bán nhật triều không đều. Biên độ triều lớn nhất ở Vũng Tàu có thể đạt 3,5 – 4,0m, thuộc loại cao nhất trong cả nước. Một đặc trưng quan trọng của triều ở đây là chênh lệch giữa hai chân rất lớn (2,0 – 3,0m), trong khi chênh lệch giữa hai đỉnh rất nhỏ (0,2 – 0.4m). Thời gian giữa hai đỉnh vào khoảng 12 – 12,5 giờ và thời gian 6 một chu kỳ triều lfa 24,83 giờ. Hàng tháng triều xuất hiện 2 lần triều cường và hai lần triều kém theo chu kỳ trăng. Ở vùng Cà Mau là khu vực chuyển tiếp, thủy triều phức tạp lên chút ít, số ngày nhật triều tăng hơn. Tuy vùng này mang tính chất bán nhật triều là chính nhưng ảnh hưởng nhật triều cũng rất quan trọng, vì vậy có sự chênh lệch triều rõ rệt, thủy triều biến thiên khá phức tạp, nhất là lân cận ở các cửa sông. Độ lớn triều khoảng 3,0 – 4.0m trong thời kỳ nước cường. Vùng ven bờ tư Mũi Cà Mau đến Hà Tiên Vùng ven biển Nam Bộ chế độ bán nhật triều không đều hoặc nhật triều đều lại trở nên rõ rệt. Hầu hết các ngày trong tháng có 2 lần triều lên và 2 lần triều xuống với chênh lệch rõ rệt giữa các độ cao nước ròng. Độ lớn triều trong vùng khoảng 3-4m trong kỳ nước cường và 1,5 – 2m vào kỳ nước kém. Tốc độ thủy triều ở vùng này lên xuống khá nhanh, có thể đạt 0,5 – 0,6m/giờ. Biên độ triều lớn nhất gặp ở Vũng Tàu và có xu hướng giảm dần về phía mũi Trà Vinh. Tại Rạch Giá là nhật triều không đều, nhưng càng rời xa khu vực này về phía Hà Tiên cũng như về phía Mũi Cà Mau và ra khơi, tính chất thiên về nhật triều tăng lên. Độ lớn triều trung bình kỳ nước cường khoảng 1 mét và rất ít khác nhau giữa các nơi. Tóm lại, dọc theo vùng biển ven bờ Việt Nam, do các nguyên nhân động lực, tính chất và độ lớn thủy triều đã được phân bố rất khác nhau giữa các miền. Vùng nhật triều và nhật triều không đều chiếm 2/3 vùng ven biển Việt Nam. Về độ lớn thì thủy triều giảm dần từ Bắc vào Nam, tới Huế là nhỏ nhất, sau đó lại tăng dần từ Huế trở vào Nam Bộ. Phía bờ vịnh Thái Lan thì thủy triều giảm dần từ Cà Mau đến Hà Tiên. Vùng có độ lớn triều lớn nhất nước ta thuộc ven biển Quảng Ninh, độ lớn thủy triều cường đạt tới trên 4m. Vùng còn lại thuộc vùng ven bờ Bắc Bộ và vùng ven bờ từ Vũng Tàu đến Cà Mau độ lớn thủy triều cũng tương đối lớn, vùng Nam Bộ khoảng trên 3m, bờ Tây Nam Bộ khoảng nhỏ hơn 1m. Vùng có độ lớn triều nhỏ nhất và đồng thời cũng là vùng bán nhật triều duy nhất của vùng biển ven bờ Việt Nam là Cửa Thuận An, độ lớn triều còn 0,5m. 7 1.1.8 Đặc tính thủy văn vùng cửa sông có thủy triều 1.1.8.1. Hiện tượng thủy triều ở cửa sông Quá trình truyền sóng triều vào cửa sông được mô tả như sau: - Trong thời gian triều bắt đầu lên, tốc độ nước sông tương đối mạnh hơn tốc độ dòng triều nên đỉnh sóng triều không thể tiến ngay vào trong sông. Tuy vậy, sức mạnh của nước sông cũng không đủ để đẩy dòng triều ra ngoài xa, kết quả nước triều nằm tại nơi tiếp giáp giữa sông và biển, đồng thời nước sông bị biển cản không ngừng đọng lại phía trước, sóng triều dần phát triển về phía thượng lưu. - Triều lên đến lúc tốc độ dòng triều lớn hơn tốc độ dòng sông, đỉnh sóng triều mới dần dần truyền vào sông, nước biển cũng chảy vào sông. Trong quá trình triều truyền vào sông, do ảnh hưởng của đáy sông cao dần và nước trong sông chảy về cản trở, năng lực của dòng triều bị tiêu hao, tốc độ dần dần giảm nhỏ, biên độ triều cũng bé dần. - Khi triều tiến sâu vào sông, ngoài cửa sông bắt đầu thời kỳ triều xuống, mực nước triều hạ dần, nước triều sau sóng triều chảy trở lại biển, cho nên dòng triều đang tiến vào sông bị yếu đi đến một điểm nào đó, tốc độ dòng triều triệt tiêu với tốc độ dòng nước sông chảy xuống, nước biển sẽ ngừng chảy ngược lên trên. Nơi đó gọi là giới hạn dòng triều. Phía trên giới hạn này sóng triều vẫn còn tiếp tục đi một khoảng nữa (do sự tích đọng của nước sông bị ứ lại sinh ra). Nhưng cao độ và biên độ sóng triều giảm đi rất nhanh. Đến lúc biên độ triều bằng 0, lúc đó sóng triều tiến đến điểm giới hạn gọi là giới hạn thủy triều. Đoạn sông từ cửa sông đến giới hạn thủy triều gọi là đoạn sông chịu ảnh hưởng thủy triều. Vị trí giới hạn luôn thay đổi theo mùa lũ hay mùa kiệt của dòng chảy sông ngòi. Quỹ đạo của các đỉnh sóng triều gọi là đường đỉnh triều, quỹ đạo các chân sóng gọi là đường chân triều. 1.1.8.2. Sự thay đổi mực nước cửa sông chịu ảnh hưởng triều Sự thay đổi mực nước ở cửa sông chịu ảnh hưởng không những quan hệ của lưu lượng chảy trong sông mà còn quan hệ với sự thay đổi triều, tốc độ và hướng 8 gió, sự thay đổi địa hình và đáy sông... Gió thổi từ biển vào làm cho mực nước triều cao thêm và ngược lại, gió thổi từ đất liền làm cho mực nước triều thấp đi. Mức nước tăng lên hay thấp đi do gió gọi là nước tăng hay nước giảm. 1.1.9 Chuyển động bùn cát vùng cửa sông Bùn cát trong vùng cửa sông có nguồn gốc từ bùn cát của lưu vực do dòng chảy mặt nội địa mang đến (chủ yếu trong mùa lũ) và bùn cát hải vực do dòng triều, sóng biển đưa vào. Mùa lũ, các khối bùn cát này bị đẩy ra bãi xa ngoài cửa; mùa kiệt, lại được các yếu tố động lực biển mang trở lại cửa sông, có thể lại có một phần từ một cửa sông lân cận. 9 Hình 1.1 : Biểu đồ quan hệ giữa 10 1.1.9.1 Hiện tượng chìm lắng và chuyển động di đẩy của bùn cát đáy vùng cửa sông Bùn cát đáy từ thượng lưu chuyển động đến đoạn sông nằm giữa giới hạn vùng triều và giới hạn dòng triều, mặc dầu ở đây không tồn tại dòng chảy ngược, nhưng lưu tốc dòng chảy xuôi cũng tăng, giảm theo ảnh hưởng của thủy triều, chuyển động theo phương thức sóng cát trở nên phức tạp hơn. Vượt quá giới hạn dòng triều, do tồn tại dòng chảy trong thời kỳ triều dâng, bùn cát đáy không còn chuyển động đơn hướng về xuôi, mà chuyển động xuôi, ngược xen kẽ nhau. Gặp trường hợp cửa sông có dòng dị trọng nêm mặn, dòng chảy đáy hướng về thượng lưu kéo theo bùn cát đáy cùng đi. Trong tình hình chung, bùn cát đáy bất kể là từ thượng lưu về hay từ ngoài biển tới đều tích tụ lại trong đoạn giữa hai giới hạn trên và dưới của nêm mặn (hình 1.2). Trong mùa lũ, khu vực bồi tích có thể bị đẩy ra ngoài vùng xa hơn. Vùng cửa sông thường có độ dốc bé, thủy vực rộng, lại chịu ảnh hưởng của thủy triều, tác dụng động lực của dòng chảy bị suy giảm nhiều. Vì vậy, thông qua một chặng đường dài di tải, phân tuyển, bùn cát đến với cửa sông đa phần là loại đất sét, hạt bột keo có kích thước cực bé (0,02 – 0,005mm). Các loại hạt này rất khó chìm lắng trong môi trường nước ngọt, nhưng khi gặp phải loại nước có độ mặn nhất định thì chúng xảy ra hiện tượng keo tụ: hàng chục, thậm chí hàng trăm hạt kết lại thành chùm để rồi lắng xuống. Tốc độ chìm lắng của cả chùm lớn gấp chục lần so với độ thô thủy lực của từng hạt. Hình 1.2: Phân bố chiều dày và hàm lượng bùn cát với lưu tốc dòng triều 11 Quan hệ giữa độ mặn của nước với tốc độ chìm lắng của hạt bùn cát chịu ảnh hưởng đáng kể của hàm lượng bùn cát. Nguyên nhân là, khi hàm lượng bùn cát tăng lên, xác suất để các hạt va chạm nhau càng nhiều, tạo thuận lợi cho việc keo tụ và kết chùm, làm cho tốc độ chìm lắng tăng lên. Nhưng đến một trị số hàm lượng bùn cát nhất định, bùn cát keo tụ đã tạo ra cho mình một cơ cấu kết chùm ổn định, nếu tăng lên sẽ làm cho tốc độ chìm lắng giảm xuống. Ngoài ra, nhiệt độ nước tăng lên cũng làm giảm nhỏ tính nhớt của nước, tăng cường chuyển động Brown, xúc tiến hiệu quả keo tụ, dẫn đến sự tăng lên của vận tốc chìm lắng của bùn cát. Những hạt bùn cát nhỏ trong nước biển bị các sinh vật dưới nước nuốt vào cơ thể cùng với thức ăn,sau đó lại bị thải loại ra. Loại hạt này mang theo những chất kết dính ở bề mặt, dễ hình thành các chùm lớn, làm cho tốc độ chìm lắng tăng lên tới hàng trăm lần. Để nghiên cứu sự chìm lắng của loại chùm hạt này trong mô hình,Schiller (1932) vẫn sử dụng thông số độ thô thủy lực cho hạt bùn cát xác định theo định luật Stokes trong dòng chảy với R e < 1. R R (1.1) Tuy nhiên sử dụng công thức trên sẽ không phù hợp với loại hạt kết chùm vì có sự khác biệt rất lớn về cỡ hạt và độ nhám bề mặt. Thực nghiệm của Chase (1979), Hawley (1982) và Gibbs (1985) đã chỉ ra độ thô thủy lực của loại hạt này lớn hơn so với tính theo công thức ứng dụng định luật Stokes, được chỉ ra theo công thức sau: W s =KCm R Trong đó: R P P (1.2) C – hàm lượng bùn cát lơ lửng; (mg.l-1) P P K và m – hằng số thực nghiệm, phụ thuộc loại bùn cát, độ mặn và mức độ chảy rối của dòng chảy, m chọn bằng 1,33. Có hai công thức được ứng dụng tính độ thô thủy lực loại bùn cát hạt chùm là: (1.3) 12 Trong đó: w s – độ thô thủy lực bùn cát hạt chùm (cms-1); R R P P D – đường kính chùm hạt (m); ν – hệ số nhớt động học của nước (cm2s-1); P P P P ρ f – khối lượng riêng của hạt chùm (gcm-3); R R P P ρ - khối lượng riêng của nước chùm (gcm-3); P P g = 981 cm-2 và ρ f - ρ = 0,0098D-0,5 P P R R P Sự di chuyển bùn cát là do bùn cát được khởi động dưới tác dụng của dòng và sóng. Công thức tổng quát về điều kiện khởi động bùn cát như sau: (1.4) Trong đó: – tốc độ góc của sóng khi bùn cát khởi động,cms-1); P P – khối lượng riêng của cát, nước; (gcm-3); P P C – hệ số tổng hợp; d – đường kính hạt bùn cát,(m); – biên độ dao động ngang ở gần mặt đáy chất điểm nước dưới tác dụng của sóng; V – tốc độ truyền sóng sát đáy; (cms-1); P P a, b, c, d – số mũ các thành phần tương ứng trong công thức lấy theo bảng 1.1 Bảng 1.1: Số mũ trong công thức 1.4 Trạng thát Tác giả chảy lớp biên Manohar - CHẢY Eagleson TẦNG Trạng thái chảy bao quanh hạt a b c d 0,670 0,670 -0,330 -0,670 bùn cát Tầng