TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG THỨ CẤP LÊN SẠT LỞ BỜ ĐOẠN SÔNG CONG TRÊN MÔ HÌNH THỦY LỰC THU NHỎ TRÀ NGUYỄN QUỲNH NGA CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ ii ĐẶT VẤN ĐỀ .1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Tình hình nghiên cứu Thế giới 2.2 Tình hình nghiên cứu nước MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.3 Nội dung nghiên cứu .8 3.4 Phương pháp nghiên cứu .10 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 14 BỐ CỤC DỰ KIẾN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 i Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Một số vị trí xói lở đoạn sông Sài Gòn (điểm màu đỏ vị trí bị cảnh báo xói lở) [1] .2 Hình Cơ chế gây dòng chảy thứ cấp đoạn sông cong [2] .3 Hình Vị trí đoạn Thanh Đa thực tế Hình Mô hình thủy lực thu nhỏ đoạn Thanh Đa phòng thí nghiệm Hình Vị trí mặt cắt 11 Hình Mô tả hệ thống PIV .12 ii Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, tình hình sạt lở bờ sông Sài Gòn có xu gia tăng diễn biến ngày phức tạp, gây thiệt hại không nhỏ đến dân sinh, kinh tế Theo Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, khu vực có nguy sạt lở cao sông Sài Gòn thượng lưu hạ lưu nhà kho tang vật Công an quận Bình Thạnh (dài khoảng 100m); khu vực từ bờ kè Công đoàn đến Trại cai nghiện ma túy phường 27, quận Bình Thạnh; khu vực hố xói nhà thờ Lasan Mai Thôn hạ lưu hố xói nhà thờ Lasan Mai Thôn đến biệt thự Lý Hoàng; khu vực từ cảng container phía hạ lưu, phường Trường Thọ, quận Thủ Đức (có chiều dài 500m) nằm bờ lõm hố xói sâu 20-25m Đoạn bờ khu vực bán đảo Thanh Đa thuộc phường 27, 28 - quận Bình Thạnh có chiều dài tổng cộng khoảng 1km năm gần bị trượt lở nghiêm trọng Đây khu vực đông dân cư nên nhà cửa hàng quán mọc san sát Có thể điểm qua số vụ trượt lở đáng ý sau: + Đoạn đường bờ có chiều dài khoảng 300m, cách rạch Ông Ngữ 200m phía hạ lưu thuộc khu phố phường 28, quận Bình Thạnh, bị sạt lở với tốc độ trung bình 1.8m/năm + Lúc 22h30 ngày 29/06/2007 22h45 ngày 30/06/2007, đợt trượt lở liên tiếp xảy khu vực phường 26, quận Bình Thạnh làm 15 nhà đường Xô Viết Nghệ Tĩnh (địa số 801/70, 801/82, 801/82, 801/84, 801/86, 801/88 ) bị sụp xuống sông, may mắn thiệt hại người + Vụ sạt lở nghiêm trọng xảy vào khoảng 23h ngày 24/7/2010 khu vực bờ sông kênh Thanh Đa (một nhánh sông Sài Gòn, thuộc phường 27, quận Bình Thạnh, TP.HCM) 11 nhà người dân nằm đường Thanh Đa, phường 27, quận Bình Thạnh bị sụp xuống sông 12 nhà khác bị hư hại với nhiều mức độ khác Trước thực tế đó, việc chủ động phòng chống đưa giải pháp hữu hiệu để bảo vệ bờ sông thực cấp thiết Sạt lở bờ sông trình phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố như: vật liệu cấu tạo địa chất, hình thái sông, chế độ dòng chảy sông, hoạt động dân sinh… cụ thể thực tế tác động thường xuyên có tính vỗ đập sóng (do Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga tàu thuyền, gió…), dòng chảy ép sát bờ, tình trạng khai thác cát trái phép gây xói sâu dẫn đến sạt bờ, công trình xây dựng ven bờ làm gia tăng áp lực lên lên mái bờ… Theo thống kê nghiên cứu Thiềm Quốc Tuấn, đoạn sông Sài Gòn từ cầu Bình Phước đến ngã ba mũi Nhà Bè có nhiều điểm sạt lở (Hình 1) [1] Hầu hết điểm sạt lở Hình xảy đoạn sông cong Hình Một số vị trí xói lở đoạn sông Sài Gòn (điểm màu đỏ vị trí bị cảnh báo xói lở) [1] Tại đoạn sông cong thường xuất dòng chảy thứ cấp (những dòng chuyển động sông không theo phương chung, có hướng ngang vuông góc với bờ) Sơ lược chế gây dòng chảy thứ cấp sau: nước chảy qua đoạn sông cong, lực li tâm hướng theo phương bán kính cong kết hợp với áp suất dư nước làm cho lớp nước theo phương thẳng đứng bị phân tách thành phần: phần phía dịch chuyển theo chiều lực li tâm hướng từ bờ lồi sang bờ lõm, lớp nước phía di chuyển ngược lại theo chiều áp suất dư từ bờ lõm sang bờ lồi Như dòng chảy thứ cấp chiều sông hình thành Dòng chảy thứ cấp gây xói bờ lõm mang vật chất bờ lõm sang bồi đắp bên bờ lồi (Hình 2) Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga Hình Cơ chế gây dòng chảy thứ cấp đoạn sông cong [2] Dòng chảy thứ cấp yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến biến hình lòng dẫn Do tác dụng dòng chảy thứ cấp mà dòng chảy mặt có lượng ngậm cát tương đối bé chảy phía bờ lõm, dòng chảy đáy có lượng ngậm cát tương đối lớn chảy phía bờ lồi làm xói bờ lõm bồi bờ lồi Ở đoạn sông cong gấp khúc, bùn cát đáy theo dòng chảy vòng di chuyển từ bờ lõm sang bờ lồi đối diện lắng đọng Dòng chảy thứ cấp hướng ngang kết hợp với dòng chảy dọc làm thành dòng chảy xoắn Kích thước quy mô dòng chảy xoắn không giống Đối với dòng chảy xoắn lớn chiếm phần lớn mặt cắt ngang dòng sông ảnh hưởng đến biến hình lòng sông [3] Vậy, để hiểu rõ cấu trúc dòng chảy thứ cấp ảnh hưởng dòng thứ cấp đến vấn đề sạt lở bờ sông để hạn chế tác động dòng thứ cấp đến sạt lở bờ sông cong chưa có nghiên cứu cụ thể, đặc biệt đoạn cong Thanh Đa sông Sài Gòn năm gần sạt lở bờ xảy thường xuyên nghiêm trọng Xuất phát từ ý tưởng trên, đề tài “Nghiên cứu tác động dòng thứ cấp lên sạt lở bờ đoạn sông cong mô hình thủy lực thu nhỏ” thực nhằm làm rõ vấn đề nêu cho đoạn Thanh Đa Cụ thể, đề tài chi tiết vào nghiên cứu cấu trúc dòng thứ cấp, từ tìm ảnh hưởng dòng thứ cấp lên sạt lở bờ để dự đoán sạt lở bờ tìm giải pháp hạn chế tác động Việc tập trung nghiên cứu chất xói lở để hạn chế dòng thứ cấp đề tài nội dung đáp ứng tình hình thực tế Bên cạnh việc kết hợp nghiên cứu mô hình: mô dòng chiều mô hình vật lý đoạn sông cong thu nhỏ phương pháp nghiên cứu mới, khả thi, phù hợp nghiên cứu Việt Nam Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Từ trước tới nay, số phương pháp thường sử dụng để dự báo diễn biến lòng sông, sạt lở bờ sông như: phương pháp đo đạc trường, phương pháp mô hình vật lý, phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS phương pháp mô hình toán Các phương pháp thiếu phải hỗ trợ cho nhằm đưa kết xác Mỗi phương pháp áp dụng vào toán thực tế có ưu, nhược điểm riêng Ví dụ, phương pháp trường đòi hỏi nhiều năm quan trắc cách có hệ thống; phương pháp mô hình vật lý sở để xây dựng công thức kinh nghiệm có khả mô xác đoạn sông cần nghiên cứu Tùy theo nhu cầu khả kinh tế mà sử dụng phương pháp phù hợp 2.1 Tình hình nghiên cứu Thế giới Trên giới, có nhiều nghiên cứu cấu trúc phức tạp dòng chảy qua đoạn sông cong, có góp mặt dòng thứ cấp, gây bồi, xói sạt lở bờ sông Có nhiều nghiên cứu thực nghiệm mô hình phòng thí nghiệm dòng thứ cấp đoạn kênh cong như: - Jovein cộng [4] làm mô hình thí nghiệm nghiên cứu cấu trúc dòng chảy kênh cong 900, dài 6m, rộng 0.4m sâu 0.45m làm plastic rắn Thí nghiệm làm với mức lưu lượng khác Kết nhìn chung cho thấy vận tốc đoạn cong lớn, vận tốc lớn gần bờ vận tốc nhỏ gần bờ bên Qua khỏi đoạn cong xu hướng vận tốc đảo ngược lại với vận tốc lớn phân bố gần bờ nhỏ gần bờ - Thí nghiệm Abad Garcia [5] nghiên cứu kênh cong Kinoshita (kênh gồm đoạn cong liên tục xen kẽ nhau, với tâm đường cong Kinoshita) Thí nghiệm thiết lập theo chiều chảy xuôi chảy ngược Kết thu cho thấy ảnh hưởng bán kính cong thông số Reynolds, lượng nhớt rối có ảnh hưởng nhiều đến vận tốc hình thành dòng chảy thứ cấp - Naji Abhari cộng [6] kết hợp mô hình vật lý mô hình toán cho dòng thứ cấp kênh cong 900 có mặt cắt ngang hình chữ nhật, đáy bằng, thành nhẵn Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga - Donatella Termini [7] nghiên cứu “Xói lở bờ dòng thứ cấp kênh thí nghiệm uốn cong” Mô hình thí nghiệm thực với giá trị tỉ lệ rộng/sâu khác Nghiên cứu ý đến tác động dòng thứ cấp lên bờ sông (bao gồm mức độ ổn định bờ) Kết cho thấy, với tỉ lệ rộng/sâu nhỏ (B/h10) gần không thấy xuất dòng thứ cấp - Kết nghiên cứu “Dòng chảy qua đoạn sông cong” Graf Blanckaert [8] với mô hình thí nghiệm kênh có địa hình đáy xói lở cho thấy dòng chảy thứ cấp tượng đặc trưng kênh cong Vận tốc dòng chảy tăng dần phía bờ đạt giá trị lớn gần đáy Thí nghiệm nghiên cứu cho thấy giảm xói lở đoạn cong cách tạo vùng đệm hợp lý bờ để làm giảm vận tốc đập vào bờ gây xói lở Tuy nhiên nghiên cứu tập trung vào kiểm định lý thuyết dòng thứ cấp mà chưa ứng dụng cụ thể địa hình phức tạp thực tế Một số công trình nghiên cứu dòng thứ cấp thực cách kết hợp đo đạc thực địa mô mô hình toán nghiên cứu Rodi [9], Shimizu [10], Yang G Lai [11]… Nghiên cứu Sinha cộng [12] áp dụng mô hình toán ba chiều cho đoạn dài km sông Columbia phía hạ lưu đập Wanapum Tuy nhiên đoạn sông tương đối thẳng, kết không thấy rõ cấu trúc dòng thứ cấp Athanasios cộng [13] nghiên cứu kết hợp đo đạc thực địa làm thí nghiệm mô hình vật lý Các tác giả phân tích số liệu đo đạc thực tế đoạn sông thẳng với co hẹp mở rộng đột ngột lưu vực Paluose thuộc bang Washington, Hoa Kỳ Kết cho thấy diện dòng thứ cấp làm tăng độ lớn ứng suất cắt lên lần, chứng tỏ dòng thứ cấp góp phần gây xói lở bờ sông đáy sông Đồng thời, Athanasios sử dụng mẫu phù sa thu thập từ thực tế để tiến hành làm thí nghiệm mô hình kênh đơn giản phòng thí nghiệm nhằm so sánh kết đo đạc thực tế kết đo đạc thí nghiệm Nghiên cứu xác định mức độ tác động dòng thứ cấp lên xói lở bờ sông Tuy nhiên, việc vừa đo đạc Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga phân tích trường, vừa thí nghiệm mô hình vật lý thật tốn Bên cạnh đó, kết nghiên cứu nhiều hạn chế chưa mô tả thực tế áp dụng lên kênh mô hình đơn giản 2.2 Tình hình nghiên cứu nước Trong nước, năm gần đây, nghiên cứu xói lở, xói lở đoạn sông cong chủ yếu dựa vào thống kê, khảo sát thực địa; mô hình toán nghiên cứu tổng hợp tác động Nghiên cứu dựa vào khảo sát thực địa Lê Ngọc Thanh Nguyễn Văn Giảng [14] thực khảo sát địa vật lý gần mặt đất để góp phần xác định nguyên nhân sạt lở bờ sông Tiền sông Sài Gòn Kết nghiên cứu cho thấy cấu trúc địa chất việc xác định ranh giới lớp trầm tích, lăng kính chứa nước, đụn cát hình thành qua nhiều giai đoạn khác nhau, góp phần quan trọng việc dự báo sạt lở đất làm tiền đề cho luận điểm tích tụ trầm tích vùng bờ sông Tiền bờ sông Sài Gòn Các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán chủ yếu dùng mô hình dòng chảy chiều với mục đích phục vụ cho công tác dự báo thiết kế phương án phòng chống xói lở Những mô hình có nhiều ưu điểm tính toán bồi xói Tuy nhiên chúng mô tả cấu trúc dòng thứ cấp theo phương ngang đoạn sông cong Nghiên cứu Nguyễn Thanh Hùng [15] sử dụng kết hợp khảo sát trường (đo đạc địa hình, địa chất lòng sông, chế độ thuỷ lực, thuỷ văn dòng chảy) mô hình Mike21 để phân tích xác định nguyên nhân gây sạt lở khu vực kè Xuân Canh đê tả sông Đuống Kết nghiên cứu cho thấy nguyên nhân sạt lở chủ yếu hình thái lòng sông kết hợp với yếu tố dòng chảy yếu tố địa chất Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại mức phân tích từ số liệu khảo sát đo đạc địa hình, thủy văn, thủy lực dựa kết mô hình toán thủy lực để đưa nguyên nhân tổng hợp gây sạt lở bờ Vì cần có nghiên cứu sâu để làm sáng tỏ nguyên nhân Một số công trình nghiên cứu bồi xói sông, vùng cửa sông ven biển như: Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga - Nghiên cứu phòng chống xói lở bờ biển Hải Hậu, Cảnh Dương, Gò Công Viện Khoa học Thủy lợi (đề tài KT.03.12.1991 - 1995) [16] - Dự án đo đạc giám sát diễn biến lòng dẫn, bồi đắp sạt lở bờ sông, cửa sông Đồng Nai - Sài Gòn sông Cửu Long năm 2006 Hoàng Văn Huân tác giả [17]… - Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển Gành Hào - huyện Giá Rai, tỉnh Bạc Liêu Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực năm 1998 [18] Mặc dù nước ta có nhiều công trình nghiên cứu sạt lở bờ sông, chưa có nghiên cứu sâu vào tác động dòng thứ cấp lên sạt lở bờ kết hợp mô hình vật lý mô hình toán MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu nghiên cứu  Mục tiêu tổng quát: Xác định ảnh hưởng dòng thứ cấp lên tượng sạt lở bờ sông Sài Gòn Nghiên cứu đề xuất phương án kỹ thuật hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông  Mục tiêu cụ thể: (1) Tìm phân bố vận tốc dòng chảy (2) Mô cấu trúc dòng chảy thứ cấp qua đoạn sông cong thu nhỏ mở rộng mô cho tỷ lệ thu nhỏ từ biến dạng đến không biến dạng với sông (3) Mối tương quan ứng suất tiếp dòng chảy theo đặc trưng hình học đặc trưng thủy lực sông cong, cụ thể sau: - Ảnh hưởng đặc trưng hình học sông (hình dạng, kích thước bán kính cong) đến cấu trúc dòng thứ cấp phân bố ứng suất tiếp dòng chảy - Ảnh hưởng lưu lượng dẫn kênh đến cấu trúc dòng thứ cấp phân bố ứng suất tiếp dòng chảy Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga (4) Nghiên cứu đề xuất phương án kỹ thuật phù hợp hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dựa mô hình thủy lực mô đoạn sông cong kênh Thanh Đa thuộc phường 27, 28 quận Bình Thạnh - quy mô phòng thí nghiệm Hình Vị trí đoạn Thanh Đa thực tế Hình Mô hình thủy lực thu nhỏ đoạn Thanh Đa phòng thí nghiệm 3.3 Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Tổng quan lý thuyết - Tìm hiểu nghiên cứu nước liên quan đến dòng thứ cấp sạt lở bờ sông - Tìm hiểu nghiên cứu sở lý thuyết mô hình toán mô cấu trúc dòng thứ cấp - Dựa thông tin tìm hiểu được, thiết kế phương án thí nghiệm kịch mô dòng thứ cấp để giải vấn đề Kết cần đạt: - Tổng quan tình hình nghiên cứu - Nắm vững sở lý thuyết mô hình toán - Đề xuất phương án thí nghiệm kịch mô Nội dung 2: Xác định thông số vật lý từ mô hình vật lý thu nhỏ - Xây dựng mô hình vật lý thu nhỏ theo tỷ lệ biến dạng 1: 500 theo phương ngang 1:100 theo phương đứng - Đo đạc thông số địa hình đáy mô hình thu nhỏ Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga - Đo đạc giá trị mực nước mô hình thu nhỏ theo chế độ lưu lượng khác nhau: cao, trung bình, thấp - Thí nghiệm chụp ảnh PIV (Particle Image Velocimetry) bề mặt dòng chảy; phân tích tính toán trường vận tốc từ thí nghiệm Kết cần đạt: - Số liệu đo đạc địa hình đáy mô hình thu nhỏ - Số liệu đo đạc mực nước vận tốc mô hình thu nhỏ theo chế độ lưu lượng khác nhau: cao, trung bình, thấp Nội dung 3: Tính toán dòng chảy chiều tương ứng mô hình thủy lực cho đoạn sông cong thu nhỏ - Thiết lập mô hình hình học điều kiện tính toán - Chọn phương pháp giải cấu trúc dòng phù hợp - Mô mô hình có tỉ lệ thu nhỏ khác nhau: • (1) Tỉ lệ ngang 1:500; tỉ lệ đứng 1:100 • (2) Tỉ lệ ngang 1: 250; tỉ lệ đứng 1:100 • (3) Tỉ lệ ngang 1: 100; tỉ lệ đứng 1:100 Mỗi trường hợp tỉ lệ thu nhỏ mô với mức lưu lượng khác nhau: cao, trung bình, thấp Đối với trường hợp (1), kết mô hiệu chỉnh với kết đo đạc từ thí nghiệm Kết cần đạt: - Kết hiệu chỉnh kiểm tra mô hình toán với mô hình vật lý (trường hợp 1) phải phù hợp với đảm bảo độ xác cao mô hình toán - Mô hình toán ứng dụng phải phù hợp đảm bảo chất thông số Froude, Reynolds sông thực - Mô cấu trúc dòng chảy thứ cấp Nội dung 4: Xác định tương tác dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông - Thống kê phân tích kết để đưa kết luận mối liên hệ hình dạng, kích thước, bán kính cong, lưu lượng dẫn kênh đến phân bố ứng suất tiếp dòng chảy Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga - Tổng hợp để đưa ảnh hưởng dòng thứ cấp lên sạt lở bờ sông đoạn cong Thanh Đa dựa vào trạng sạt lở thực tế đoạn sông Kết cần đạt: - Mối liên hệ cấu trúc dòng thứ cấp ứng suất tiếp - Mức độ ảnh hưởng dòng thứ cấp đến sạt lở bờ sông đoạn cong Thanh Đa Nội dung 5: Đề xuất giải pháp kỹ thuật để hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông (1) Từ kết phân tích nội dung 4, đề giải pháp kỹ thuật thích hợp để hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông (2) Thực nghiệm giải pháp mô hình vật lý biến dạng (3) Ứng dụng mô hình toán tương ứng với trường hợp thí nghiệm mô hình biến dạng (4) Ứng dụng mô hình toán cho trường hợp sử dụng giải pháp mô hình thu nhỏ không biến dạng (5) Phân tích hiệu giải pháp kỹ thuật dựa kết tính Kết cần đạt: Đánh giá tính hiệu giải pháp kỹ thuật so sánh cấu trúc dòng thứ cấp đoạn sông cong trước sau có giải pháp 3.4 Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành nội dung đề ra, số phương pháp sử dụng đề tài bao gồm: - Phương pháp thu thập số liệu tài liệu; - Phương pháp thực nghiệm; - Phương pháp mô hình toán 3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu - Thu thập tổng hợp tài liệu, sách, báo, báo cáo, nghiên cứu nước có liên quan đến đề tài… - Thu thập tài liệu lý thuyết mô hình toán liên quan: lý thuyết động lực học, thủy lực… 10 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu - Trà Nguyễn Quỳnh Nga Thu thập số liệu động lực học đoạn sông thực tế để thiết kế kịch phù hợp cho thí nghiệm mô hình vật lý thu nhỏ 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm mô hình vật lý Đo đạc mô hình thuỷ lực thu nhỏ sông Sài Gòn – đoạn Thanh Đa Mô hình thu nhỏ xây dựng dựa vào tiêu chuẩn Froude theo công thức: V  g H V' (1) g H ' với V ,V ' vận tốc dòng chảy sông thực vận tốc dòng chảy mô hình thu nhỏ, H, H ' độ sâu dòng chảy sông thực mô hình thu nhỏ Ngoài ra, dòng chảy mô hình thu nhỏ phải thoả mãn số Reynolds miền chảy rối giống dòng chảy thực tế sông Vì đáp ứng đồng thời quy luật đồng dạng số Froude số Reynold nên xây dựng mô hình thu nhỏ dựa đồng dạng số Froude giữ Reynolds 500 để đảm bảo điều kiện chảy rối mô hình thu nhỏ Mô hình thu nhỏ xây dựng dựa số liệu đo đạc địa hình mặt cắt năm 2011 Các mặt cắt đánh số Hình Hình Vị trí mặt cắt Để thu thập số liệu vận tốc bề mặt dòng chảy nhằm phục vụ cho việc hiệu chỉnh mô hình số, phương pháp thí nghiệm sử dụng phương pháp PIV (Partilce Image Velocimetry) (Hình 6) 11 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga Hình Mô tả hệ thống PIV Nguyên lý PIV thả hạt nhỏ (tracer particle) dòng chảy chiếu sáng vào vùng cần nghiên cứu để thiết bị ghi hình vị trí hạt hai thời điểm gần (thiết bị sử dụng máy ảnh chụp 36 hình/giây) Từ hình ảnh thu thời điểm liên tiếp, phân tích vết di chuyển hạt để tìm trường vận tốc dòng chảy Phương pháp PIV lựa chọn thí nghiệm ưu điểm sau: - Không làm xáo trộn trường dòng chảy - Xác định trường vận tốc bề mặt dòng chảy Sử dụng mô hình vật lý để đo đạc thông số địa hình, mực nước vận tốc dòng chảy bề mặt, phục vụ cho việc thiết lập hiệu chỉnh mô hình toán 3.4.3 Phương pháp mô hình toán: mô hình toán chiều Trong đề tài này, phương pháp mô hình toán sử dụng để mô trình vật lý, trình chuyển động dòng chảy sông phương trình toán học phương trình vi phân (phương trình liên tục phương trình động lượng) Những phương trình giải xấp xỉ phương pháp thích hợp phương pháp sai phân hữu hạn, hay phương pháp phần tử hữu hạn,… để tính toán thành phần dòng chảy mực nước, vận tốc, lưu lượng,… vị trí khác khu vực tính toán Sử dụng mô hình toán để thấy kết sau: - Quá trình hình thành dòng chảy thứ cấp đoạn sông cong thực tế - Sự phân bố trường vận tốc phân bố ứng suất tiếp đoạn sông cong 12 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu - Trà Nguyễn Quỳnh Nga Sự thay đổi vận tốc ứng suất tiếp ứng với đoạn sông cong trường hợp có thay đổi tỉ lệ độ rộng độ sâu sông Nhìn chung, phương pháp mô hình toán phương pháp sử dụng phổ biến để nghiên cứu nhiều vấn đề lĩnh vực đời sống Hiện có nhiều mô hình xem xét lựa chọn để phục vụ tính toán dòng chảy mô hình Ansys Fluent, Mike 3D, CCHE3D… Trong đề tài ứng dụng Ansys Fluent để tính toán dòng chảy chiều ưu điểm mô hình cho kết mô tốt cấu trúc dòng chảy  Cơ sở lý thuyết mô hình Ansys Fluent Miền tính Miền tính toán chiều khối nước giới hạn địa hình đáy kênh, mặt thoáng, đầu vào mô hình thuỷ lực, đầu Số liệu địa hình đáy mực nước cho mô hình tính đo lại mặt cắt mô hình thủy lực thu nhỏ Phương trình mô tả Chảy rối trạng thái chuyển động dòng chất lỏng có hình dạng ngẫu nhiên chuyển động xoáy hỗn loạn theo chiều Tất mô hình rối xuất phát từ hai phương trình phương trình liên tục phương trình động lượng Có nhiều mô hình rối, bao gồm mô hình giải trực tiếp lưới thô (coarse DNS), nhiều mô hình RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations), mô hình LES (Large Eddy Simulation) Sau thử nghiệm mô hình, có mô hình LES thể hợp lý cấu trúc dòng Các phương trình quan trọng sử dụng cho mô hình rối LES thu nhờ việc lọc biến phương trình Navier-Stokes Phương trình lọc Navier-Stokes sau: u i 0 xi (2) u i u i  2ui p τ ij u j    t x j  x j x j x j x j (3) Các phương trình mô tả chuyển động xoáy lớn, xoáy nhỏ mô qua mô hình rối SGS (subgrid-scale) τij: 13 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga  ij  u i u j  u i u j (4) Mô hình SGS Smagorinsky có dạng (Piomelli, 1999):  ij     ij  2 T S ij  u i u j S  với ij  x  x i  j (5)     (6) Độ nhớt rối mô hình biểu diễn phương trình (7):  T  (C S  ) S (7) với CS số Smagorinsky Điều kiện biên Điều kiên bên bao gồm: điều kiện biên không trượt đáy kênh, điều kiện không ứng suất tiếp mặt thoáng, điều kiện biên với phân bố vận tốc đầu vào, điều kiện dòng phát triển đầu Vận tốc đầu vào được tính theo lưu lượng diện tích ướt Độ rối đầu vào bỏ qua Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Kết công việc mà đề tài hướng đến góp phần hiểu rõ chất dòng thứ cấp, nguyên nhân ảnh hưởng đến sạt lở bờ sông cong Tuy dòng thứ cấp nghiên cứu trước đây, Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu tiến hành ứng dụng để giải vấn đề xói lở đoạn cong Thanh Đa sông Sài Gòn Ý nghĩa thực tiễn: đề tài hướng đến giải vấn đề thực tế: xói lở bờ sông đoạn sông cong Bên cạnh đó, mối tương quan ứng suất tiếp, đặc trưng hình học thủy lực đoạn sông cong (bán kính cong, lưu lượng tỉ lệ độ rộng độ sâu kênh) số đoạn sông Sài Gòn phục vụ tốt cho nghiên cứu sâu hơn, thực tế cho đoạn sông khác Việt Nam 14 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga BỐ CỤC DỰ KIẾN TÓM TẮT ABSTRACT MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG THỨ CẤP TRÊN ĐOẠN SÔNG CONG 1.1 Tình hình sạt lở bờ sông 1.2 Dòng thứ cấp đoạn sông cong 1.3 Tình hình nghiên cứu dòng thứ cấp ảnh hưởng đến sạt lở bờ sông 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ THU NHỎ SÔNG SÀI GÒN ĐOẠN CONG THANH ĐA 2.1 Xây dựng mô hình vật lý 2.2 Các phương pháp thực nghiệm 15 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ CẤP LÊN SẠT LỞ BỜ SÔNG CONG 3.1 Dữ liệu đầu vào cho mô hình 3.2 Trình tự tính toán mô hình 3.2.1 Phương pháp giải cấu trúc dòng 3.2.2 Kiểm tra độ hội tụ lưới tính toán 3.2.3 Điều kiện biên điều kiện ban đầu 3.3 Mô theo kịch tính toán 3.4 Kết tính toán, phân tích kết luận CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG THỨ CẤP CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4.1 Đề xuất giải pháp kỹ thuật thích hợp để hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông 4.2 Thực nghiệm mô hình vật lý mô mô hình toán 4.3 Phân tích tính hiệu giải pháp kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt Hạn chế Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 16 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thiềm Quốc Tuấn, Huỳnh Ngọc Sang, Đậu Văn Ngọ (2008) Hiện trạng trượt lở bờ sông Sài Gòn, phương hướng ngăn ngừa khắc phục Tạp chí phát triển KH&CN, tập 11, số 11 – 2008 [2] DHI Water & Environment Mike 21C River Morphology - A Short Description [3] Nguyễn Thị Nga, Trần Thục (2003) Động lực học sông NXB ĐHQGHN, 2003 [4] E B Jovein, S M Ghaneeizad, A A Akhtari (2009) Experimental Study on Flow Structure in Strongly Curved Open Channel 90-degree Bends International Symposium on Water Management and Hydraulic Engineering Ohrid/Macedonia, 1-5 Sep 2009 pp 98 – 108 [5] Abad, J.D., Garcia, M.H Experiments in a high-amplitude kinoshita meandering channel: implications of bend orientation on mean and turbulentflow structure Water Resources Research, Vol 45, W02401 [6] M Naji Abhari et al (2010) Experimental and numerical simulation of flow in a 90° bend Flow Measurement and Instrumentation 21 (2010) 292–298 [7] Donatella Termini (2013) Bank erosion and secondary circulation in a meandering laboratory flume The 3rd International Geography Symposium – GEOMED2013 Procedia – Social and Behavioral Sciences 120(2014),pp 496 – 505 [8] W.H Graf, K Blanckaert (2002) Flow around bends in rivers The 2nd International Conference New Trends in Water and Environmental Engineering for Safety and Life: Eco-compatible Solutions for Aquatic Environments Capri (Italy), June 24-28, 2002 [9] Rodi, w., and Leschziner, M A Calculation ofStrongly Curved Open Channel Flow, J of Hyd Div., ASCE, (1978) 105(HY10) [10] Y Shimizu, T Itakura Calculation of Bed Variation in AlluvialChannels, J Hydraul Eng 115(3), (1989) 367-384 17 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga [11] Lai, Y and Weber, L.J and Patel, V.C Nonhydrostatic Three Dimensional Model for Hydraulic Flow Simulation 1: Formulation and Verification J Hyd Eng., ASCE, 129(3), (2003) 196–200 [12] Sinha et al (1998) “Three dimensional numerical model for flow through natural rivers.” J Hydraul Eng., 124(1), 13–24 [13] Athanasios N Papanicolaou et al (2007) Secondary current effects on cohesive river bank erosion Water Resources Research, Vol 43, W12418 [14] Lê Ngọc Thanh, Nguyễn Văn Giảng Góp phần xá định nguyên nhân sạt lở bờ sông Tiền sông Sài Gòn khảo sát địa vật lý gần mặt đất Tạp chí Khoa học Trái Đất, số 34(3), 205-216, – 2012 [15] Nguyễn Thanh Hùng Phân tích xác định nguyên nhân gây sạt lở kè Xuân Canh, đê tả sông Đuống Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi Môi trường, số 41, tháng 6/2013 [16] Đề tài KT.03.14 (1995) Hiện trạng nguyên nhân gây xói lở bờ biển Việt Nam, đề xuất biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ khai thác vùng đất ven biển Viện Khoa học Thủy lợi, 1991-1995 [17] Hoàng Văn Huân tác giả Báo cáo kết điều tra khảo sát thực địa tình hình xói bồi dọc sông hạ du Đồng Nai – Sài Gòn, mức độ thiệt hại ảnh hưởng Viện khoa học thủy lợi miền Nam 8/2006 [18] Lê Ngọc Bích tác giả (1998) Báo cáo Nghiên cứu khả thi dự án phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển khu vực thị trấn Gành Hào , huyện Giá Rai - Bạc Liêu Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam 18 [...]... nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu 5 Ý nghĩa của đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG THỨ CẤP TRÊN ĐOẠN SÔNG CONG 1.1 Tình hình sạt lở bờ sông 1.2 Dòng thứ cấp trên đoạn sông cong 1.3 Tình hình nghiên cứu về dòng thứ cấp ảnh hưởng đến sạt lở bờ sông 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ THU NHỎ SÔNG... cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga (4) Nghiên cứu đề xuất một phương án kỹ thu t phù hợp hạn chế tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông 3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dựa trên mô hình thủy lực mô phỏng đoạn sông cong kênh Thanh Đa thu c phường 27, 28 quận Bình Thạnh - quy mô phòng thí nghiệm Hình 3 Vị trí đoạn Thanh Đa trên thực tế Hình 4 Mô hình thủy lực thu nhỏ đoạn Thanh... cấu trúc dòng thứ cấp và ứng suất tiếp - Mức độ ảnh hưởng của dòng thứ cấp đến sạt lở bờ sông đoạn cong Thanh Đa Nội dung 5: Đề xuất giải pháp kỹ thu t để hạn chế tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông (1) Từ các kết quả phân tích được ở nội dung 4, đề ra giải pháp kỹ thu t thích hợp để hạn chế tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông (2) Thực nghiệm giải pháp đó trên mô hình vật... thuyết mô hình toán liên quan: lý thuyết về động lực học, thủy lực 10 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu - Trà Nguyễn Quỳnh Nga Thu thập các số liệu về động lực học trên đoạn sông thực tế để thiết kế các kịch bản phù hợp cho thí nghiệm trên mô hình vật lý thu nhỏ 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm trên mô hình vật lý Đo đạc trên mô hình thu lực thu nhỏ của sông Sài Gòn – đoạn Thanh Đa Mô hình thu nhỏ được... tương tác của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông - Thống kê và phân tích kết quả để đưa ra kết luận về mối liên hệ của hình dạng, kích thước, bán kính cong, lưu lượng dẫn trong kênh đến phân bố ứng suất tiếp dòng chảy 9 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga - Tổng hợp để đưa ra ảnh hưởng của dòng thứ cấp lên sạt lở bờ sông đoạn cong Thanh Đa dựa vào hiện trạng sạt lở thực tế ở đoạn sông. .. đến sạt lở bờ sông cong Tuy dòng thứ cấp đã được nghiên cứu trước đây, nhưng ở Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu được tiến hành cũng như ứng dụng để giải quyết vấn đề xói lở đoạn cong Thanh Đa trên sông Sài Gòn Ý nghĩa thực tiễn: đề tài hướng đến giải quyết vấn đề thực tế: xói lở bờ sông trên những đoạn sông cong Bên cạnh đó, những mối tương quan giữa ứng suất tiếp, đặc trưng hình học và thủy lực của đoạn. .. dung nghiên cứu Nội dung 1: Tổng quan lý thuyết - Tìm hiểu các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến dòng thứ cấp và sạt lở bờ sông - Tìm hiểu và nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mô hình toán mô phỏng cấu trúc dòng thứ cấp - Dựa trên các thông tin tìm hiểu được, thiết kế các phương án thí nghiệm và các kịch bản mô phỏng dòng thứ cấp để giải quyết vấn đề Kết quả cần đạt: - Tổng quan tình hình nghiên. .. kiện ban đầu 3.3 Mô phỏng theo các kịch bản tính toán 3.4 Kết quả tính toán, phân tích và kết luận CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG THỨ CẤP CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4.1 Đề xuất giải pháp kỹ thu t thích hợp để hạn chế tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông và đáy sông 4.2 Thực nghiệm trên mô hình vật lý và mô phỏng trên mô hình toán 4.3 Phân tích tính hiệu quả của giải pháp kỹ thu t KẾT LUẬN VÀ... chiều là khối nước được giới hạn bởi địa hình đáy kênh, mặt thoáng, đầu vào của mô hình thu lực, và đầu ra Số liệu địa hình đáy và mực nước cho mô hình tính được đo lại tại các mặt cắt của mô hình thủy lực thu nhỏ Phương trình mô tả Chảy rối là trạng thái chuyển động của dòng chất lỏng có hình dạng ngẫu nhiên và chuyển động xoáy hỗn loạn theo 3 chiều Tất cả các mô hình rối đều xuất phát từ hai phương... VẬT LÝ THU NHỎ SÔNG SÀI GÒN ĐOẠN CONG THANH ĐA 2.1 Xây dựng mô hình vật lý 2.2 Các phương pháp thực nghiệm 15 Tóm tắt Đề cương Nghiên cứu Trà Nguyễn Quỳnh Nga CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ CẤP LÊN SẠT LỞ BỜ SÔNG CONG 3.1 Dữ liệu đầu vào cho mô hình 3.2 Trình tự tính toán mô hình 3.2.1 Phương pháp giải cấu trúc dòng 3.2.2 Kiểm tra độ hội tụ của lưới tính toán 3.2.3 Điều ... đoạn cong Thanh Đa sông Sài Gòn năm gần sạt lở bờ xảy thường xuyên nghiêm trọng Xuất phát từ ý tưởng trên, đề tài Nghiên cứu tác động dòng thứ cấp lên sạt lở bờ đoạn sông cong mô hình thủy lực. .. biến hình lòng sông [3] Vậy, để hiểu rõ cấu trúc dòng chảy thứ cấp ảnh hưởng dòng thứ cấp đến vấn đề sạt lở bờ sông để hạn chế tác động dòng thứ cấp đến sạt lở bờ sông cong chưa có nghiên cứu. .. Nghiên cứu đề xuất phương án kỹ thu t phù hợp hạn chế tác động dòng thứ cấp lên bờ sông đáy sông 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dựa mô hình thủy lực mô đoạn sông cong kênh Thanh Đa thu c