Tài liệu Nghiên cứu hiện trạng xói cục bộ sau các cống vùng triều của tỉnh nghệ an và các giải pháp khắc phục

  • Số trang: 95 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 208 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập nghiên cứu tại trường Đại học Thủy lợi với sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình cùng sự nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Quản lý xây dựng đề tài "Nghiên cứu hiện trạng xói cục bộ sau các cống vùng triều của tỉnh Nghệ An và giải pháp khắc phục". Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Thủy lợi đặc biệt là các thầy cô trong khoa Công trình đã nhiệt tình giảng dạy, tạo các điều kiện tốt nhất có thể cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Phạm Ngọc Quý và thầy giáo PGS.TS Đỗ Tất Túc đã hướng dẫn tận tình giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Đồng thời, tôi xin cảm ơn ban lãnh đạo và các anh, chị trong ban quản hệ thống Bắc Nghệ An đã tạo điều kiện cho tôi thu thập dữ liệu, để thực hiện được luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người đã hỗ trợ, chia sẻ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý báu của các thầy cô và bạn bè. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng8 năm 2013 Tác giả luận văn Bạch Thị Thúy Hoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong tất cả các công trình nghiên cứu nào trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, tháng 8 năm 2013 Tác giả luận văn Bạch Thị Thúy Hoa MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ XÓI SAU CỐNG ................................1 1.1 Khái niệm chung về xói lở hạ lưu công trình. ..............................................3 1.1.1 Khái quát chung về tiêu năng. ....................................................................3 1.1.2 Các hình thức tiêu năng. .............................................................................3 1.1.3. Nghiên cứu về xói cục bộ hạ lưu công trình. .............................................8 1.2. Đặc điểm cống vùng triều. ...........................................................................10 1.2.1. Đặc điểm cống vùng triều. .......................................................................10 1.2.2. Các dạng đặc trưng của xói hạ lưu cống vùng triều. ...............................12 1.3. Tổng quan chung tình hình thiết kế và kết cấu tiêu năng cống vùng triều. ...............................................................................................................................13 1.4. Những kết quả nghiên cứu về xói ở trong nước và ở ngoài nước. ...........15 1.4.1. Những kết quả nghiên cứu về xói ngoài nước. ........................................15 1.4.2. Những kết quả nghiên cứu về xói trong nước. ........................................21 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG XÓI SAU CÁC CỐNG TỈNH NGHỆ AN ..........25 2.1. Điều kiện tự nhiên dân sinh kinh tế tỉnh Nghệ An. ...................................25 2.1.1. Điều kiện tự nhiên....................................................................................25 2.1.2. Tình hình kinh tế xã hội. ..........................................................................26 2.1.3. Tình hình thiên tai. ...................................................................................27 2.2. Hiện trạng xói và phân loại xói sau các cống vùng triều tỉnh Nghệ An. 30 2.2.1. Hiện trạng của các cống vùng triều tỉnh Nghệ An. ................................30 2.2.2. Phân loại hình thức xói sau các cống vùng triều. ....................................31 2.3. Đánh giá xói sau cống vùng triều. ...............................................................33 2.3.1. Đánh giá thực tế một số cống bị xói lở bất lợi. .......................................33 2.3.2. Đánh giá về nguyên nhân và giải pháp khắc phục. .................................36 2.3.3. Biện pháp khắc phục: ..............................................................................43 2.3.4. Các vấn đề tồn tại và hướng giải quyết. ..................................................44 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG XÓI HẠ LƯU .................45 CỐNG VÙNG TRIỀU ............................................................................................45 3.1. Phân tích những đặc thù cống vùng triều tỉnh Nghệ An. ...............................45 3.1.1. Đặc điểm thủy triều. ................................................................................45 3.1.2. Đặc điểm địa chất. ...................................................................................46 3.1.3. Đặc điểm kết cấu cống............................................................................47 3.2. Nguyên tắc chung của giải pháp phòng chống xói. ...................................48 3.2.1. Giải pháp chống xói phải xuất phát từ nguyên nhân gây xói. .................48 3.2.2. Tăng cường gia cố, bảo vệ hạ lưu cống. ..................................................50 3.2.3. Rà soát, bổ sung, thay đổi quy trình vận hành.........................................50 3.3. Các giải pháp phòng chống xói. ..................................................................51 3.3.1 Các giải pháp công trình. ..........................................................................51 3.3.2. Các giải pháp phi công trình. ...................................................................64 CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG XÓI .......................66 CHO CỐNG DIỄN THÀNH ..................................................................................66 4.1Giới thiệu chung về công trình. .....................................................................66 4.1.1 Vị trí công trình ........................................................................................66 4.1.2 Nhiệm vụ công trình ................................................................................66 4.1.3 Các chỉ tiêu thiết kế trước đây của cống Diễn Thành..............................67 4.1.4 Quy mô công trình: ..................................................................................67 4.2 Quá trình xây dựng và hiện trạng cống Diễn Thành ................................68 4.2.1 Tiêu năng, phòng xói ................................................................................68 4.2.2 Kênh dẫn thượng hạ lưu cống:.................................................................68 4.2.3 Đánh giá hiện trạng cống:........................................................................70 4.3 Phân tích hiện trạng và đề xuất các phương án phòng chống xói ............71 4.3.1 Sự cần thiết phải khắc phục xói ...............................................................71 4.3.2Các phương án phòng chống xói cho cống Diễn Thành. ..........................72 4.4. Chọn phương án phòng chống xói cho cống Diễn Thành. ........................79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................82 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng ..................................................... 4 Hình 1.2: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng .................................................. 4 Hình 1.3: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp ................................................................ 5 Hình 1.4: Bể tiêu năng kiểu III.................................................................................... 6 Hình 1.5: Bể tiêu năng kiểu II ..................................................................................... 6 Hình 1.6: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt ..................................................................... 7 Hình 1.7: Sơ đồ cống và hố xói ................................................................................ 11 Hình 1.8: Hình thành hố xói sau bể tiêu năng ........................................................... 13 Hình 1.9: Sơ đồ tính toán đập xả mặt kết hợp xả đáy ............................................... 16 Hình 1.10: Đường quan hệ giữa chiều sâu hố xói và mực nước hạ lưu đập xả mặt kết hợp xả đáy ........................................................................................................... 16 Hình 1.11: Sơ đồ tính toán xói sau tràn qua đập có cột nước tràn tự do................... 17 Hình 1.12: Đường quan hệ giữa tính toán theo công thức 19 và đo đạc thực nghiệm .. 17 Hình 1.13: Hố xói sau công trình có mái dốc ........................................................... 18 Hình 1.14: Đường quan hệ Arun Goel dung tích hố xói và chiều sâu mực nước hạ lưu.............................................................................................................................. 20 Hình 2.1: Bình đồ vị trí cống vùng triều tỉnh Nghệ An ............................................ 29 Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn các loại cống trong công trình thuỷ lợi Nghệ An........... 30 Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phân loại cống vùng triều theo hiện trạng sử dụng ........ 30 Hình 2.4: Cắt dọc cống Rào Đừng ............................................................................ 34 Hình 2.5: Ảnh hưởng dòng thấm đến xói lở hạ lưu công trình................................. 37 Hình 2.6:.Dòng chảy ngoằn ngoèo sau cống ............................................................ 38 Hình 2.7: Dòng chảy sau cống ................................................................................. 40 Hình 2.8: Ảnh hưởng của độ mở cửa van ................................................................. 42 Hình 2.9: Khắc phục xói sau cống ............................................................................ 43 Hình 3.1: Các dạng đường thuỷ triều tỉnh Nghệ An ................................................. 45 Hình 3.2: Mặt cắt địa chất cống vùng triêu ............................................................... 46 Hình 3.3: Mặt cắt dọc cống ....................................................................................... 47 Hình 3.4: Cửa van mở chưa hết - gây lệch dòng chảy .............................................. 49 Hình 3.5: Kích thước bể tiêu năng không đảm bảo .................................................. 51 Hình 3.6: Kích thước bể tiêu năng đảm bảo ............................................................. 51 Hình 3.7: Bể tiêu năng cũ .......................................................................................... 59 Hình 3.8: Bể tiêu năng sau khi tăng chiều dài .......................................................... 59 Hình 3.9: Cửa van cung cống Rào Đừng .................................................................. 60 Hình 3.10: Sửa đổi kết cấu đáy cống- cửa van mở hết ............................................. 63 Hình 3.11: Hệ thống phòng xói liên hoàn ................................................................. 63 Hình 4.1 Vị trí cống Diễn Thành hiện trạng nhìn từ Google Earth ......................... 69 Hình 4.2 Thượng lưu cống Diễn Thành ................................................................... 70 Hình 4.3 Mặt bằng, thượng lưu cống ........................................................................ 69 Hình 4.4:Cắt dọc hiện trạng cống Diễn Thành ......................................................... 71 Hình 4.5: Sơ đồ tính toán tiêu năng cho cống Diễn Thành .......................................... 74 Hình 4.6: Phương án tiêu năng phòng xói thứ hai .................................................... 78 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tình hình xói lở một số cống vùng triều .................................................. 13 Bảng 2.1: Hình thức và hiện trạng cống vùng triều tỉnh nghệ An ............................ 31 Bảng 2.2: Phân loại theo hình thức xói ..................................................................... 32 Bảng 2.3: Phân loại theo chức năng, nhệm vụ,cấp công trình .................................. 32 Bảng 2.4: Phân loại theo hình thức, tiêu năng, cửa van ............................................ 33 Bảng 2.5: Bảng tính toán xói cho cống Diễn Thủy ................................................... 34 Bảng 2.6: Bảng tính toán xói cho cống Rào Đừng ................................................... 35 Bảng 2.7: Bảng tính toán xói cho cống Hói Cống .................................................... 36 Bảng 3.1: Bảng tính tiêu năng trước khi xói hạ lưu .................................................. 52 Bảng 3.2: Bảng tính tiêu năng sau khi xói hạ lưu .................................................... 52 Bảng 4.1: Tính toán tiêu năng theo thiết kế và theo hiện trạng ................................ 70 Bảng 4.2: Bảng tính chiều sâu nước h1 ..................................................................... 74 Bảng 4.3: Bảng tính chiều sâu nước h2 ..................................................................... 75 Bảng 4.4: Tính h1với dgt=1,69 m .............................................................................. 76 Bảng 4.5 Tính h2 với dgt=1,69 m .............................................................................. 76 Bảng 4.6 So sánh kết quả tính kích thước bể ........................................................... 77 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm qua công tác đầu tư xây dựng trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn đã được Đảng, Nhà nước đặc biệt quan tâm, ưu tiên. Nhờ đó hàng loạt các công trình Thủy Lợi được đầu tư xây dựng và đã có những bước tiến vượt bậc kỹ thuật. Tuy nhiên do đặc thù của dòng chảy, nhất là nước chảy qua các công trình tháo thường là dòng chảy xiết có lưu tốc lớn, có năng lượng thừa lớn khi chảy xuống hạ lưu làm xói lở công trình. Đây là vấn đề đã được nhiều chuyên gia trong ngành thủy lợi dày công nghiên cứu nhưng trên thực tế vẫn còn những tồn tại chưa giải quyết triệt để được. Trên vùng đất Nghệ An có bờ biển dài hơn 200km, đặc biệt là các cửa sông đều có ảnh hưởng của triều. Các cống vùng triều hầu hết làm nhiệm vụ tiêu úng và tiêu lũ, ngăn mặn, giữ ngọt. Các cống này đã được xây dựng từ lâu hoặc đang xây dựng đều phát huy hiệu quả tốt. Tuy nhiên qua khảo sát hiện trạng các cống vùng triều đều cho thấy vấn đề tiêu năng có nhiều tồn tại cần được khắc phục. Ví dụ: cống Diễn Thành, Diễn Thụy, Nghi Quang, Hói Cống…Các cống này đều bị xói lở mạnh phần tiêu năng đặc biệt như cống Diễn Thành, Hói Cống. Để bảo đảm yêu cầu chống xói cho hạ lưu cống vùng triều nhằm tăng ổn định cho công trình vấn đề nhất thiết đặt ra là phải có tài liệu mang tính chất nghiên cứu, hướng dẫn thiết kế nhằm khắc phục được tình trạng trên. II. Mục đích của đề tài Đánh giá được hiện trạng các công trình đập dâng tràn và hiện tượng xói hạ lưu cống vùng triều Nghệ An. Đưa ra được các biện pháp khắc phục các hiện tượng xói, các biện pháp công trình mới để giảm thiểu hiện tượng xói. III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Tiếp cận tổng hợp: Tổng quan về tình hình xây dựng cống vùng triều Nghệ An, các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở tiêu năng sau cống. 2 Tiếp cận kế thừa: Các kinh nghiệm và phương pháp tính toán xác định các thông số trong xói lở hạ lưu cống trong các nghiên cứu trước đây cũng được tham khảo trong luận văn. Phương pháp nghiên cứu lý luận: Các lý thuyết về quá trình xói và hình thức xói được nghiên cứu một cách đầy đủ. Phân tích các kết quả nghiên cứu có liên quan về vấn đề xói ở hạ lưu cống. Phương pháp so sánh thực tế: Thống kê các cống vùng triều đã và đang xuất hiện hiện tượng xói ở hạ lưu. Phân tích nguyên nhân và bản chất gây ra xói. Phương pháp điều tra: Khảo sát, điều tra đánh giá các cống vùng triều trong tỉnh Nghệ An nhằm phát hiện ra các quy luật của hiện tượng xói IV. Kết quả dự kiến đạt được - Phân tích rõ những cơ sỏ nghiên cứu lý thuyết khi nêu ra định hướng các giải pháp phòng chống xói. - Sử dụng những kết quả nghiên cứu trên và các tài liệu thiết kế và hiện trạng để thiết kế cho công trình Cống Diễn Thành, Diễn Châu,Nghệ An - Kết luận và kiến nghị V. Nội dung của luận văn: Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được các mục tiêu đó. Ngoài phần mở đầu, phần kết thúc phần phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn gồm 4 chương chính. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ XÓI SAU CỐNG 1.1 Khái niệm chung về xói lở hạ lưu công trình. 1.1.1 Khái quát chung về tiêu năng. Là tìm các biện pháp làm tiêu hao toàn bộ hay một phần năng lượng thừa của dòng chảy từ thượng lưu về hạ lưu khi đi qua các công trình trên sông, trên kênh, điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất, rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lưu công trình. Các hình thức tiêu năng thường được áp dụng là: Tiêu năng đáy với các hình thức như đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp; tiêu năng mặt; tiêu năng phóng xa và một số hình thức tiêu năng đặc biệt. Về lưu lượng tính tiêu năng thì một số nước trên thế giới lấy lưu lượng ứng với tần suất thiết kế đập tràn, một số nước lấy với một tần suất cụ thể. Ở Việt Nam thì chưa có quy định nào về lưu lượng tính tiêu năng. Về lý thuyết thì lưu lượng tính tiêu năng chính là lưu lượng tạo ra năng lượng thừa lớn nhất. Tuy nhiên cơ chế tiêu hao năng lượng dư ở hạ lưu là rất phức tạp nên tính toán theo tiêu chuẩn này thì cũng không thể tiêu hao hết năng lượng dư trong mọi trường hợp. 1.1.2 Các hình thức tiêu năng. 1.1.2.1 Tiêu năng dòng đáy: a. Nguyên lý chung: Tiêu năng dòng đáy là hình thức lợi dụng nội ma sát để tiêu hao năng lượng thừa. Tức là tìm biện pháp công trình sao cho toàn bộ năng lượng thừa bị tiêu hao trong nước nhảy ngập với hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1. Nhóm giải pháp này gồm: đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp. Ngoài ra ta có thể kết hợp với một số các thiết bị tiêu năng phụ như mố nhám, dầm tiêu năng, tường hướng dòng, thay đổi độ dốc của bể cho phù hợp với mực nước hạ lưu. Tiêu năng đáy phù hợp với các công trình tháo có cột nước thấp và địa chất nền yếu, mực nước hạ lưu thay đổi. b. Xác định độ sâu đào bể: 4 lroi ln l' Eo E'0 Z p hh hb d lb Hình 1.1: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng - Công thức tính toán: dbể = hb - hh - ∆Z - Trong đó: (1-1) dbể: Chiều sâu đào bể; hb: Độ sâu cuối bể; hb= σ.h”; hh: Độ sâu mực nước hạ lưu; ∆Z: Độ chênh mực nước cuối bể và hạ lưu, xác định theo quy luật đập tràn đỉnh rộng. c. Xác định chiều cao tường: Hình 1.2: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng - Công thức tính toán: - Trong đó: C = h b - Ht (1-2) C: Chiều cao tường tiêu năng; hb: Độ sâu cuối bể; hb= σ.h”; Ht: Cột nước tràn của tường. tính toán coi tường là đập thực dụng. 5 - Khi tính toán tường tiêu năng thì phải kiểm tra lại nước nhảy sau tường để có giải pháp công trình phù hợp. d. Xác định bể tường kết hợp: α E'0 2 Eo H1 hb c d hh Hình 1.3: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp - Nguyên tắc tính toán: + Tìm độ sâu bể tối thiểu d0 để có nước nhảy tại chỗ ngay trong sân tiêu năng (tính toán như bể tiêu năng). + Tìm chiều cao bể tối đa C0 để có nước nhảy tại chỗ ngay sau tường tiêu năng (tính toán như tường tiêu năng). + Chọn các giá trị d = d0 + ∆d để có nước nhảy ngập trong sân tiêu năng với hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1 và C = C0 - ∆C để có nước nhảy ngập sau tường. e. Xác định chiều dài bể tiêu năng: - Công thức chung: - Trong đó: L = Lr + L 1 (1-3) Lr: chiều dài nước rơi, được xác định theo công thức: + Với đập tràn thực dụng mặt cắt hình thang: Lr = 1,33 H 0 ( p + 0,3H 0 ) + Với đập tràn thực dụng có cửa van: Lr = 2 H 0 ( p + 0,32a ) + Với đập tràn đỉnh rộng: Lr = 1,64 H 0 ( p + 0,24 H 0 ) + Với đập dạng bậc: Lr = p+hk + Với đập tràn mặt cắt hình cong: Lr = 0 L1: chiều dài nước nhảy, được xác định theo công thức: + Theo N.Novak: L1 = K(h”-h’) 6 + Theo Pavlopski: L1 = β(7,21-:-8,24)h ( ) Fr1 − 1 0 ,81 Với: p: Chiều cao ngưỡng tràn so với bể. a: Độ mở cửa van. H0: Cột nước tràn. K: Lấy theo tỷ số h”/h’ (bảng 2-1 [nối tiếp và tiêu năng T.Quý] β: Hệ số lấy bằng 0,7-:-0,8. f. Hình thức tiêu năng của Cục khai hoang Hoa Kỳ: - Hiện nay việc tính toán cụ thể cho công trình tiêu năng là cần thiết, nhưng theo xu hướng chung các công trình có thể áp dụng các tiêu chuẩn của Mỹ hay các nước châu Âu khác như áp dụng các bể tiêu năng đã được tiêu chuẩn hóa. Hình 1.4: Bể tiêu năng kiểu III Hình 1.5: Bể tiêu năng kiểu II 7 1.1.2.2. Tiêu năng dòng mặt. a. Điều kiện áp dụng. - Nền công trình cấu tạo địa chất yếu, mềm. - Bậc thụt ở hạ lưu có đỉnh thấp hơn mực nước hạ lưu, thỏa mãn điều kiện: a > amin = 0,27hk – 4,32h - Điều kiện để nối tiếp chảy mặt ổn định a/P > 0,2 Trong đó: hk: Là độ sâu phân giới trên dốc, h là độ sâu mũi bậc). P: chiều cao công trình tràn. - Lưu lượng qua công trình vừa và lớn, nhưng chênh lệch mực nước thượng hạ lưu không lớn lắm. - Bờ hạ lưu công trình cần phải ổn định. - Đối với những nơi có lưu lượng lớn thì nên chọn tiêu năng dòng phễu và hh lớn sẽ có hiệu quả cao hơn. E hh Hình 1.6: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt b. Bố trí và tính toán tiêu năng dòng mặt. - Nguyên tắc bố trí: Hình dạng kích thước của bậc mũi phun sao cho đảm bảo hiệu quả tiêu năng, xung vỗ hạ lưu là nhỏ nhất và có giải pháp hữu hiệu bảo vệ hạ lưu. - Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn không có cửa van. + Không tạo dòng phun với lưu lượng nhỏ nhất. + Không có dòng hồi lưu với lưu lượng lớn nhất + Chiều cao bậc phải lớn hơn chiều cao nhỏ nhất amin: 8 amin = 0,27hk – 4,32h. (1-4) amin = 4,053 Frc − η h (1-5) ( ) Trong đó: hk: độ sâu phân giới; h: chiều dày lớp nước trên mũi phun bậc; Frc = V12 với V1 là lưu tốc trên mũi bậc; gh η = 0,4φ + 8,4 với φ là góc giữa tiếp tuyến của đường cong tại chỗ dòng chảy đi qua mũi phun và phương ngang. - Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn cửa van: Nguyên tắc thiết kế là phải căn cứ vào chiều sâu mực nước hạ lưu hh: + hh phải đảm bảo trong suốt quá trình vận hành sao cho ứng với mọi cấp lưu lượng đều có chế độ chảy mặt. + Khi mực nước hạ lưu nhỏ phải chọn góc nghiêng cho hợp lý. - Góc nghiêng ở đỉnh bậc θ: đối với tiêu năng dòng mặt thì đỉnh bậc nằm ngang, chỉ trong trường hợp hh nhỏ thì thiết kế bậc có góc nghiêng nhỏ. 1.1.3. Nghiên cứu về xói cục bộ hạ lưu công trình. 1.1.3.1. Khái niệm. Tất cả các dòng chảy đều có xu hướng cân bằng, song do điều kiện biên thay đổi kết hợp với năng lượng vốn có của dòng chảy, dòng chảy tập trung lại, tốc độ dòng chảy tăng lên, tạo nên động năng thừa gây xói lở làm thay đổi kích thước hình học và hình dạng của lòng dẫn ở hạ lưu. Xói xuất hiện ngay ở chân công trình, nơi có lưu tốc rất lớn và phân bố không đều, nơi có mạch động lưu tốc và áp lực rất lớn. 1.1.3.2. Quá trình xói có thể chia làm ba giai đoạn [Nối tiếp và tiêu năng] + Giai đoạn đầu: Xói trong thời gian tương đối ngắn, hố xói được tạo nên rất nhanh. + Giai đoạn hai: Xói trong giai đoạn này diễn ra từ từ, sự hủy hoại lòng dẫn diễn ra tương đối chậm, thời gian diễn ra giai đoạn này là rất lớn. 9 + Giai đoạn ba: Sự mở rộng của xói đến một chiều dài nhất định ở hạ lưu dẫn đến giảm cao trình đáy của lòng dẫn, giai đoạn này kéo dài bao lâu tùy thuộc vào độ dốc của lòng dẫn. Xói cục bộ của lòng dẫn ngay sau chân công trình thủy lợi có rất nhiều nguyên nhân khác nhau: - Do không tiêu hao hết năng lượng thừa của dòng nước từ thượng lưu đổ về hạ lưu. - Việc co hẹp lòng dẫn (do xây dựng công trình) đã dẫn đến việc tăng lên một cách đáng kể lưu lượng đơn vị và lưu tốc dòng chảy sau công trình trong sự so sánh với lưu lượng, lưu tốc dòng chảy trong điều kiện tự nhiên. Ở hạ lưu công trình xuất hiện dòng chảy với mạch động rất lớn của lưu tốc và áp lực. - Do hình thức, kích thước và vật liệu không hợp lý ở nhiều bộ phận kết cấu công trình tạo những hiện tượng thủy lực có lợi cho sự xuất hiện xói. - Dòng chảy qua công trình vượt qua sức chịu theo thiết kế của nó. Xói có thể xảy ra với chế độ chảy đáy và cả chế độ chảy mặt ở hạ lưu công trình. Xói sau công trình dẫn nước, tháo nước, lấy nước đã được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu về lĩnh vực này, đã thu được kết quả nhất định về nguyên nhân, bản chất của xói về kích thước hình học của hố xói, hình dạng hố xói và xói theo thời gian. Xói cục bộ sau công trình thủy lợi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: + Các yếu tố công trình : - Chiều cao ngưỡng tràn. - Hình dạng kích thước và vị trí cửa van. - Chiều dài toàn bộ đọan gia cố. - Hình thức và kích thước thiết bị tiêu năng. - Chiều rộng tràn nước và chiều rộng lòng dẫn hạ lưu. - Hình dạng và kích thước mố trụ. - Hình dạng mặt cắt tràn. 10 - Hình dạng và kích thước công trình nối tiếp. - Độ dốc lòng dẫn. + Các yếu tố thuỷ lực, thuỷ văn: - Khối lượng riêng của nước, hệ số nhớt động học. - Lưu tốc trung bình mặt cắt. - Sự phân bố của lưu tốc biểu thị qua hệ số Coriolis: α - Mức độ chảy rối của dòng chảy. - Mực nước hạ lưu. - Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu. - Lưu lượng đơn vị. - Hàm lượng bùn cát trong dòng nước. + Các yếu tố của đất nền: - Khối lượng riêng của đất nền. - Hình dạng, kích thước hạt. - Đường cong cấp phối hạt. - Các chỉ tiêu cơ lý khác của đất nền. 1.2. Đặc điểm cống vùng triều. 1.2.1. Đặc điểm cống vùng triều. Cống được xây dựng dưới đê biển hay cửa sông ven biển, chịu sự tác động trực tiếp của chế độ thuỷ triều gọi là cống vùng triều. Các cống này thường có nhiệm vụ tiêu nước, lấy nước, ngăn triều…Nhiều cống còn có nhiệm vụ giao thông thuỷ (cho thuyền bè đi lại). Cống thường bố trí theo sơ đồ cống lộ thiên, nhưng cũng có trường hợp chọn sơ đồ cống ngầm. Với các cống lộ thiên, cửa van đóng mở thường chọn loại van phẳng, van cung, hay van tự động. Loại van tự động được áp dụng khá nhiều trong thời gian gần đây, đặc biệt là đồng bằng Nam Bộ. Ưu điểm nổi bật của loại này là tự động đóng mở tuỳ theo mức độ chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, thích hợp với cống vùng triều, có mực nước phía sông, biển thay đổi thường xuyên. 11 Về kết cấu, van tự động có loại trục ngang, trục đứng 1 cánh, trục đứng 2 cánh. Loại trục ngang được áp dụng cho cửa có nhịp không lớn, không có yêu cầu giao thông thuỷ. Loại trục đứng có phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn. Một yêu cầu quan trọng khi bố trí loại van này là khả năng áp sát trụ khi mở để không gây cản dòng, không sinh ra dòng xiên ở hạ lưu. Mực nước thượng hạ lưu thường xuyên thay đổi, làm cho chế độ chảy qua cống không ổn định có thể chuyển đổi từ chế độ này sang chế độ khác (ví dụ như chuyển từ chảy ngập sang ngập lặng và nước nhảy sóng…) MNHL Cèng BÓ tiªu n¨ng 196 d H2 H1 H MNTL S©n sau Hè xãi Hình 1.7: Sơ đồ cống và hố xói. Đối với khu vực kín, thuỷ triều chỉ ảnh hưởng ở một phía cống. Còn các lưu vực mở thuỷ triều ảnh hưởng mực nước ở cả hai phía cống làm cho chế độ chảy càng phức tạp mà việc xác định chúng cần phải xét trong một hệ thống liên hoàn các cống, kênh dẫn, vùng chứa. Đối với cống vùng triều thì nguyên nhân gây xói lở hạ lưu cần phải xét từ cả hai thái cực của mực nước. Ứng với mức triều thấp, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn(cống tiêu)năng lượng thừa dòng chảy sẽ gây xói nếu chưa được tiêu hao hết trong phạm vi công trình. Ứng với mức triều cao, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, không đủ năng lượng để tạo thành nước nhảy tại chỗ hay nước nhảy ngập, mà taọ thành nước nhảy sóng vượt ra khỏi phạm vi công trình và gây xói lở phần lòng dẫn ngay sau đó. Dòng chảy ở hạ lưu cống khuếch tán không đều do các cửa van đóng mở không đồng bộ và không đều. Đối với cống có van tự động trục đứng thì khi cửa van mở không hết (cánh cửa không ép sát vào trụ) cũng là nguyên nhân gây lệch 12 dòng, lưu lượng tập trung vào những luồng nhất định gây xói đáy hoặc hai bờ khi ra khỏi sân sau cống. Tổng bề rộng cống (∑b) thường nhỏ hơn nhiều so với bề rộng kênh hạ lưu nên khi dòng chảy ra khỏi bể tiêu năng thường có hiện tượng chủ lưu tách khỏi bờ kênh hình thành các xoáy nước có trục đứng ở hai bên bờ. Các xoáy này thường có vị trí lệch nhau ở 2 bờ, gây nên dòng chảy ngoằn nghèo ở hạ lưu cống; trạng thái này thường được duy trì trên một đoạn dài, vượt quá chiều dài sân sau, gây xói đáy và hai bờ ở đoạn kênh nối tiếp ngay sau sân sau. Hệ quả của các điều kiện đã nêu (mực nước hạ lưu thay đổi thường xuyên, dòng chảy khuêch tán không đều, cống mở rộng đột ngột trên mặt bằng) là làm gia tăng biên độ và phạm vi tác động của mạch động lưu tốc và áp lực trong dòng chảy ở hạ lưu cống, góp phần gây xói trên một phạm vi dài của kênh hạ lưu nối tiếp với sân sau. Phần lớn các cống ở đồng bằng ven sông, ven biển thường đặt trên nền mềm yếu và phức tạp. Kênh hạ lưu đào qua các vùng địa chất yếu rất dễ bị xói, đặc biệt là trong điều kiện mà mạch động lưu tốc và áp lực có biên độ lớn, phạm vi tác động rộng. Những điều kiện nêu trên đã làm cho tình hình xói lở ở hạ lưu các cống vùng triều trở nên phổ biến, đe doạ sự làm việc của nhiều công trình. Một số cống có hố xói sâu điển hình như cống Cầu Xe (Hải Dương) xói sâu 11,3m; cống Ngô Đồng (Nam Định)xói sâu 9,9m; cống Vàm Đồn (Bến Tre) xói sâu 7,4m…. 1.2.2. Các dạng đặc trưng của xói hạ lưu cống vùng triều. 1.2.2.1. Hình thành hố xói sau bể tiêu năng. Vị trí xói đầu tiên phát sinh ở tuyến tiếp giáp giữa phần gia cố(sân sau)với phần không gia cố (kênh đất). Khi hố xói phát triển sẽ làm sụp dần lớp gia cố ở sân sau và tiến về phía bể tiêu năng. Ở nhiều cống, hố xói khoét sâu xuống dưới đáy bể tiêu năng (như cống Phát Diệm - Ninh Bình), tạo nguy cơ gây sụp, gãy phần bể tiêu năng và đe doạ an toàn của cống. d 13 Hè xãi khoÐt s©u Cèng BÓ tiªu n¨ng Ph¹m vi hè xãi h×nh thµnh S©n sau Hình 1.8: Hình thành hố xói sau bể tiêu năng 1.2.2.2. Xói lở ở vai sau tường cánh. Dạng hư hỏng này cũng rất phổ biến ở các cống vùng triều, đặc biệt là ở các cống có sự mở rộng đột ngột trên mặt bằng ở hạ lưu. Sự xói lở vai bắt đầu hình thành tại khu vực chuyển tiếp lòng dẫn, phát triển cùng với sự xuất hiện các xoáy bên. Hố xói ở phần chân mái cũng là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến trượt mái, mặt trượt lấn sâu vào bộ phận gia cố, gây hư hỏng bộ phận tiêu năng sau cống 1.3. Tổng quan chung tình hình thiết kế và kết cấu tiêu năng cống vùng triều. Ở các tỉnh ven biển nước ta đã xây dựng nhiều cống lấy nước, tiêu úng, ngăn mặn, xô phèn… để phục vụ sản xuất và đời sống. Hiện tượng xói lở sau cống xảy ra phổ biến đôi khi rất trầm trọng. Tên cống Cầu Xe Rõng I Âm Sa Ngô Đồng Cổ Nhất Ngô Xá Biên Hòa Trà Linh I Lân Lạch Bang Vàm Đồn Khẩu diện Cột nước H Chiều Chiều T sâu dài hố Tỉnh xóiTmax xói L H (m) (m) (m) (m) Hải Dương 40 5,9 11,3 1,9 100 Nam Hà 22 3,9 3,3 0,85 100 Nam Hà 10 3 3,5 1,17 45 Nam Hà 10 3 4,2 1,4 80 Nam Hà 8 3 3,6 1,2 60 Nam Hà 11 3 5,0 1,6 50 Thái Bình 7 3 4,7 1,56 65 Thái Bình 19,5 5 3,2 0,64 45 Thái Bình 30 4,5 8,0 1,8 140 Thanh Hóa 48 4,8 6 1,28 66 Bến Tre 15 4,85 7,4 1,72 106 Bảng 1.1: Tình hình xói lở một số cống vùng triều L H 17 26 15 27 20 19 22 9 31 11 22
- Xem thêm -