LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với tất cả sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội dưới tác động điều tiết của công trình hồ chứa thượng nguồn và định hướng các giải pháp ổn định lòng dẫn” nhằm muốn đóng góp một phần nhỏ vào công tác nghiên cứu, đánh giá, để tìm ra ảnh hưởng của việc điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn đối với chế độ dòng chảy, hình thái lòng dẫn đoạn sông Hồng qua Hà Nội. Trong quá trình thực hiện tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Sau đại học, Khoa Công trình – Trường đại học Thủy Lợi cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Nhà trường. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS. TS Nguyễn Bá Quỳ và TS. Nguyễn Kiên Quyết đã giúp tác giả hoàn thành luận văn này. Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn có hạn chế nhất định, đồng thời vấn đề nghiên cứu là diễn biến lòng dẫn luôn là một vấn đề phức tạp, nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các Quý vị quan tâm. Hà Nội, tháng 08 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Hiền LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai. Nội dung luân văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng trên các tác phẩm, tạp chí, và các trang web theo danh mục của luận văn. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Hiền MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO ĐOẠN SÔNG HỒNG QUA HÀ NỘI 4 1.1.1. Các yêu cầu về thoát lũ 4 1.1.2. Các yêu cầu về giao thông vận tải 5 1.1.3. Các yêu cầu về xây dựng thành phố và các yêu cầu khác 6 1.2. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 6 1.2.1. Các giai đoạn khoa học – công nghệ 6 1.2.2. Các đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước và các dự án khoa học – công nghệ .7 1.3. NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CƠ BẢN 8 1.3.1. Về quá trình lòng dẫn 8 1.3.2. Về tính ổn định và quan hệ hình thái 9 1.3.3. Về lưu lượng tạo lòng 11 1.3.4. Về khả năng vận chuyển bùn cát 12 1.4. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHỤC VỤ SẢN XUẤT 13 1.4.1. Về hành lang thoát lũ (HLTL) 13 1.4.2. Về tuyến chỉnh trị 16 1.4.3. Về hệ thống cảng và luồng lạch giao thông thủy 17 1.5. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CHUNG 17 1.5.1. Những thành tựu đạt được 17 1.5.2. Các vấn đề tồn tại 18 1.6. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 18 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1. CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC SÔNG HẠ DU SAU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN 19 2.1.1. Xói phổ biến trong lòng sông và sự lan truyền của nó từ sau hố xói cục bộ về xuôi 19 2.1.2. Thay đổi chế độ thủy động lực trong lòng dẫn hạ du 20 2.1.3. Thô hoá thành phần hạt lòng sông 20 2.1.4. Điều chỉnh hình thái mặt cắt ngang lòng sông 20 2.1.5. Điều chỉnh độ dốc dọc lòng sông 21 2.1.6. Chuyển hoá loại hình sông 21 2.1.7. Phát sinh các tình thế nguy hiểm mới 22 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.2.1. Tổng quan các phương pháp nghiên cứu 22 2.2.2. Phương pháp chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo 24 2.3. NHẬN XÉT CHUNG 28 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY, LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ ĐIỀU TIẾT CỦA CÁC CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN 29 3.1. NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CÁC YẾU TỐ DÒNG CHẢY TRONG LÒNG DẪN ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU 29 3.1.1. Đặc điểm các công trình hệ thống thượng nguồn hệ thống sông Hồng 29 3.1.2. Biến đổi về các đại lượng đặc trưng dòng chảy do điều tiết của các hồ thượng nguồn 35 3.1.3. Sự biến đổi mực nước theo các cấp lưu lượng (quan hệ Q - H) cho đến năm gần nhất 47 3.1.4. Sự biến đổi tỷ lệ phân chia lưu lượng từ sông Hồng qua sông Đuống và ảnh hưởng địa hình của thôn Bắc Cầu tới phân chia lưu lượng 55 3.2. SỰ PHÁT TRIỂN HÌNH THÁI CỦA LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI 57 3.2.1. Diễn biến trên mặt bằng 57 3.2.2. Diễn biến trên mặt cắt ngang 65 3.2.3. Diễn biến trên mặt cắt dọc 75 3.2.4. Phân tích nguyên nhân sự phát triển hình thái của lòng dẫn 76 3.3. NHẬN XÉT CHUNG 77 CHƯƠNG 4. ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN SÔNG HỒNGĐOẠN QUA HÀ NỘI 79 4.1. CÁC YÊU CẦU CỦA CÁC NGÀNH KINH TẾ XÃ HỘI ĐỐI VỚI ĐOẠN SÔNG 79 4.1.1. Yêu cầu của công tác phòng chống lũ 79 4.1.2. Yêu cầu của luồng lạch giao thông vận tải thủy 80 4.1.3. Yêu cầu của xây dựng thành phố và các yêu cầu khác 80 4.2. ĐỐI TƯỢNG CHỈNH TRỊ 81 4.3. ĐỐI TƯỢNG TÁC ĐỘNG 82 4.4. TUYẾN CHỈNH TRỊ 83 4.4.1. Lựa chọn thế sông 83 4.4.2. Nút khống chế và các đoạn bờ định hướng cần duy trì 84 4.4.3. Các tham số tuyến chỉnh trị 84 4.4.4. Mặt bằng tuyến chỉnh trị 84 4.5. BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ ĐỐI VỚI ĐOẠN SÔNG HÀ NỘI 85 4.5.1. Chỉ dẫn chung 85 4.5.2. Mặt bằng bố trí công trình 85 4.6. THIẾT KẾ SƠ BỘ CHO MỘT CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG HỒNG ĐOẠN HÀ NỘI 89 4.6.1. Các tài liệu phục vụ thiết kế công trình 89 4.6.2. Giải pháp kỹ thuật xây dựng mỏ hàn 91 4.6.3. Tính toán vật liệu làm mỏ hàn 92 4.6.4. Tính toán kiểm tra ổn định công trình 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 1. KẾT LUẬN 98 2. KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Kết quả tính toán lưu lượng tạo lòng 12 Bảng 2.1. Hiệu chỉnh cao độ thủy văn theo cao độ Quốc gia 25 Bảng 3.1. Mực nước sông Hồng tại Hà Nội trước khi có hồ chứa 39 Bảng 3.2. Mực nước sông Hồng tại Hà Nội sau khi có hồ chứa 40 Bảng 3.3. Mực nước H ứng với các cấp Q qua các thời kỳ tại Sơn Tây 48 Bảng 3.4. Mực nước H ứng với các cấp Q qua các thời kỳ tại Hà Nội 49 Bảng 3.5. Mực nước H với các cấp Q qua các thời kỳ tại Thượng Cát 50 Bảng 3.6. Sự thay đổi tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống qua các thời kỳ 55 Bảng 3.7. Các tham số đặc trưng của các thế sông Hồng đoạn Hà Nội 63 Bảng 3.8. Số liệu mặt cắt ngang mùa kiệt ứng với mực nước 3,47m tại Hà Nội 71 Bảng 3.9. Số liệu mặt cắt ngang mùa trung ứng với mực nước 9,5m tại Hà Nội 72 Bảng 3.10. Số liệu mặt cắt ngang mùa lũ ứng với mực nước 13,4m tại Hà Nội 73 Bảng 3.11. Sự biến đổi dung tích lòng dẫn (10 6 m 3 ) so với năm 1976 74 Bảng 4.1. Kích thước luồng giao thông thủy 80 Bảng 4.2. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 90 Bảng 4.3. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 90 Bảng 4.4. Kết quả tính toán đường kính viên đá theo tiêu chuẩn 93 Bảng 4.5. Kết quả tính toán đá dìm bè 94 Bảng 4.6. Kết quả tính toán áp lực thủy động 95 Bảng 4.7. Kết quả tính toán ổn định 95 Bảng 4.8. Kết quả tính toán hố xói 97 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1. Vị trí địa lý đoạn sông Hồng qua Hà Nội 2 Hình 3.1. Quá trình Q – t tại Sơn Tây qua các thời kỳ 36 Hình 3.2. Quá trình Q – t tại Hà Nội qua các thời kỳ 37 Hình 3.3. Quá trình H – t tại Sơn Tây qua các thời kỳ 42 Hình 3.4. Quá trình H – t tại Hà Nội qua các thời kỳ 42 Hình 3.5. Quá trình lưu lượng bùn cát lơ lửng tại Sơn Tây qua các thời kỳ 44 Hình 3.6. Quá trình lưu lượng bùn cát lơ lửng tại Hà Nội qua các thời kỳ 45 Hình 3.7. Quá trình H – t tháng 3 tại Sơn Tây qua các thời kỳ 46 Hình 3.9. Quan hệ Q – H trạm Sơn Tây 52 Hình 3.10. Quan hệ Q – H trạm Hà Nội 53 Hình 3.11. Quan hệ Q – H trạm Thượng Cát 54 Hình 3.12. Mặt bằng đoạn sông qua các thời kỳ 62 Hình 3.13. Sơ đồ các thế sông chính 64 Hình 3.14. Diễn biến mặt cắt 31 – sông Hồng 66 Hình 3.15. Diễn biến mặt cắt 34 – sông Hồng 67 Hình 3.16. Diễn biến mặt cắt 37 – sông Hồng 67 Hình 3.17. Diễn biến mặt cắt 42 – sông Hồng 68 Hình 3.18. Diễn biến diện tích mặt cắt ngang mùa kiệt 69 Hình 3.19. Diễn biến diện tích mặt cắt ngang mùa nước trung 70 Hình 3.20. Diễn biến diện tích mặt cắt ngang mùa lũ 70 Hình 3.21. Diễn biến đường lạch sâu qua các năm đoạn sông Hồng – Hà Nội 75 Hình 4.1. mặt băng bố trí công trình phương án 1 87 Hình 4.2. Mặt bằng bố trí công trình phương án 2 88 Hình 4.3. Sơ đồ tính toán bè chìm 93 Hình 4.4. Mặt cắt tính toán ổn định trượt phẳng 94 Hình 4.5. Mặt cắt tính toán ổn định trượt mái 96 Hình 4.6. Kết quả tính toán ổn định trượt mái 96 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ADB Asian development bank ĐBBB Đồng bằng Bắc Bộ ĐBNB Đồng bằng Nam Bộ ĐHTL Đại học Thủy Lợi ĐHXD Đại học Xây Dựng HLTL Hành lang thoát lũ JICA Japan International Cooperation Agency KH & CN Khoa học và Công nghệ KHKT Khoa học Kỹ thuật KHTL Khoa học Thủy lợi MC Mặt cắt nnk Những người khác TKGTVT Thiết kế Giao thông Vận tải TVXD Tư vấn xây dựng 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Lũ lụt, sạt lở, bồi tụ luôn là mối đe doạ cho dân sinh kinh tế xã hội ở đồng bằng Bắc Bộ nói chung và Thủ đô Hà Nội nói riêng. Để phục vụ phòng chống lũ lụt, phát điện và giao thông thủy một cách cơ bản, từ những năm 70 của thế kỷ XX chúng ta đã tiến hành xây dựng các hồ chứa nước phía thượng nguồn các sông Đồng bằng Bắc bộ. Đến nay đã có 4 hồ đi vào hoạt động là hồ Thác Bà trên sông Chảy (2,16 tỷ m 3 , khởi công năm 1964, khánh thành năm 1975); hồ Hòa Bình trên sông Đà (9 tỷ m 3 , khởi công năm 1979, khánh thành năm 1994) và hồ Tuyên Quang trên sông Gâm (2,245 tỷ m 3 , khởi công năm 2002, khánh thành 2009). Hồ Sơn La trên sông Đà (9,26 tỷ m 3 , khởi công năm 2006, khánh thành 2012). Việc xây dựng và đưa các hồ chứa nước thượng nguồn tham gia điều tiết lại phân bố theo thời gian đối với dòng chảy hạ du đã làm thay đổi quá trình lưu lượng, quá trình bùn cát…, dẫn đến sự tái tạo lại hình thái lòng sông, phân bố lại các khu vực xói bồi. Từ đó, xuất hiện những tình huống bị động khi phải đối phó với những hiện tượng vô hiệu hóa sự làm việc của các công trình được thiết kế và xây dựng với những điều kiện cũ. Có thể lấy nhiều dẫn chứng cho các nhận định trên từ thực tế trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội, xói lở gia tăng và xuất hiện ở các vị trí mới như Tầm Xá, Ngọc Thụy; các bãi bồi cát thô nhiều hơn, tỷ lệ phân chia lưu lượng thay đổi lớn ở cửa Đuống; mực nước mùa kiệt xuống thấp chưa từng thấy v.v… Vì vậy, việc đánh giá được tác động điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn đối với sự thay đổi chế độ dòng chảy và sự phát triển hình thái lòng dẫn sông hạ du, đặc biệt là sông Hồng đoạn qua thủ đô Hà Nội, trung tâm văn hóa, chính trị của cả nước là rất quan trọng và cần thiết. Kết quả nghiên cứu sẽ làm cơ sở cho việc đưa ra các giải pháp giảm thiểu tác động xấu khi điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn. [...]... ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Làm sáng tỏ được tác động của điều tiết các hồ chứa thượng nguồn đối với chế độ dòng chảy và sự phát triển hình thái lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội; - Đề xuất định hướng các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi đến lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sông Hồng đoạn qua thủ đô Hà Nội - Phạm vi nghiên cứu sông Hồng. .. cứu các biến đổi trên mang ý nghĩa thực tiễn rất cao Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra được các giải pháp phù hợp để giảm thiểu tác động xấu khi điều tiết các hồ chứa nước thượng nguồn 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO ĐOẠN SÔNG HỒNG QUA HÀ NỘI Bắt đầu của đoạn sông Hồng qua Hà Nội được... thái lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội - Lý giải hiện tượng mực nước sông Hồng giảm mạnh trong thời gian gần đây; - Định hướng các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi đến lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC SÔNG HẠ DU SAU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN Sau khi xây dựng hồ chứa ở thượng nguồn, ... trước và sau khi có hồ chứa Hòa Bình cho lòng sông Hồng đoạn qua Hà Nội 18 1.5.2 Các vấn đề tồn tại - Trong các nghiên cứu trước đây ở sông Hồng, các nhà khoa học tập trung nhiều vào vấn đề thoát lũ sông Hồng đoạn qua Hà Nội, đã đưa ra kết luận khả năng thoát lũ sông Hồng giảm, mực nước sông Hồng dâng cao hơn trước 40cm ÷ 80 cm, nhưng thực tế đang diễn ra trên sông Hồng đoạn qua Hà Nội là mực nước đang... của các hồ chứa thượng nguồn đến quá trình diễn biến lòng dẫn ở hạ du sông Hồng đoạn qua Hà Nội 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Khi điều tiết các hồ chứa thượng nguồn vùng hạ du sông bị ảnh hưởng rất nhiều: Lưu lượng phù sa giảm đi, quan hệ Q – H thay đổi dẫn đến khả năng thoát lũ của lòng dẫn thay đổi, tỷ lệ phân lưu tại các cửa sông và quan hệ hình thái của từng đoạn sông cũng thay đổi nhiều Việc nghiên cứu các. .. được tính ở Thượng Cát và ra khỏi Hà Nội ở Khuyến Lương Tổng chiều dài của đoạn sông khoảng 40km Trên đoạn sông Hồng qua thủ đô Hà Nội có cửa phân lưu sông Đuống Vai trò của cửa Đuống có tầm quan trọng đặc biệt tới chế độ thủy lực và diễn biến của đoạn sông Trên đó cũng có các cửa lấy nước lớn là: Thụy Phương – cửa vào được điều tiết của sông Nhuệ, trạm bơm Ấp Bắc, cống Xuân Quan – cửa vào của hệ thống... lợi đã phân đoạn sông Hồng từ Việt Trì – Hà Nội thành 4 đoạn, ba loại: 1) Đoạn sông phân nhánh kiểu lòng sông là đoạn từ Trung Hà tới Phú Châu 2) Đoạn sông cong hạn chế là đoạn từ Phú Châu tới Vân Cốc 3) Đoạn sông cong nửa chừng là đoạn từ Vân Cốc tới cầu Long Biên 4) Đoạn sông cong hạn chế cầu Long Biên – Xuân Quan 9 1.3.2 Về tính ổn định và quan hệ hình thái Tính chất không biến đổi của hình dạng,... nguồn, dòng sông được chia thành hai phần có quá trình vận động khác nhau: Dòng sông thượng lưu trở thành dòng sông lão hóa dần, lòng sông hạ du trở thành một dòng sông trẻ, bắt đầu quá trình phát triển mới Song song với việc nghiên cứu quá trình bồi tích ở thượng nguồn, các nhà khoa học quan tâm nhiều đến quá trình động lực học dòng sông ở hạ du Các vấn đề nghiên cứu về quá trình đổi mới chế độ động lực... với điều kiện mới, thường xảy ra các tình thế nguy hiểm: - Sạt lở mái, uy hiếm an toàn của đê; - Xói sâu chân kè, trụ mố cầu phá hoại công trình; - Ảnh hưởng sự làm việc của các trạm bơm, của dòng nước; - Tăng thêm các đoạn cạn trong luông lạch chạy tàu; - Xuất hiện các đoạn sạt lở mới… 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu Để nghiên cứu quá trình diễn biến lòng dẫn. .. trí trung bình thời gian và không gian của lòng dẫn cơ sở gọi là tính ổn định của lòng sông - Loxtin B M (1879) là người đầu tiên đưa ra chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc sông Tác giả cho rằng mức ổn định này được quyết định bởi tỷ số giữa sức cản của cát chống lại sự chuyển động của áp lực thủy động theo chiều dòng nước tác dụng lên cát lòng sông Hệ số ổn định theo chiều dọc sông của Loxtin B M có dạng . SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO ĐOẠN SÔNG HỒNG QUA HÀ NỘI Bắt đầu của đoạn sông Hồng qua Hà Nội được tính ở Thượng Cát và ra khỏi Hà Nội ở. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY, LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐOẠN QUA HÀ NỘI TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ ĐIỀU TIẾT CỦA CÁC CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN 29 3.1. NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CÁC YẾU. các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi đến lòng dẫn sông Hồng đoạn qua Hà Nội. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sông Hồng đoạn qua thủ đô Hà Nội.