Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông hồng đoạn qua hà nội dưới tác động điều tiết ...

Tài liệu 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”

.PDF
116
1705
65

Mô tả:

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 (106m3) 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 m3, khởi công năm 1964, khánh thành năm 1975); hồ Hòa Bình trên sông Đà (9 tỷ m3, khởi công năm 1979, khánh thành năm 1994) và hồ Tuyên Quang trên sông Gâm (2,245 tỷ m3, khởi công năm 2002, khánh thành 2009). Hồ Sơn La trên sông Đà (9,26 tỷ m3, 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. 2 2. MỤC 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 đoạn qua Hà Nội (từ Thượng Cát đến Khuyến Lương) dài khoảng 40km theo đường trũng chủ lưu, chảy qua địa phận hành chính của các huyện Từ Liêm, quận Tây Hồ, quận Hoàn Kiếm, quận Hai Bà Trưng và huyện Thanh Trì ở bờ phải, các huyện Đông Anh, Gia Lâm ở bờ trái. Hình 0.1. Vị trí địa lý đoạn sông Hồng qua Hà Nội 3 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để giải quyết mục tiêu và nhiệm vụ trên, luận văn sẽ sử dụng tổng hợp một số phương pháp nghiên cứu sau đây: - Phương pháp khảo sát, điều tra thực địa vùng nghiên cứu; - Phương pháp kế thừa: Thu thập, hệ thống hóa, xử lý các kết quả nghiên cứu có liên quan; - Phương pháp phân tích số liệu thực đo thủy văn, bùn cát, địa hình,…; - Phương pháp phân tích từ các biểu đồ, hình vẽ bằng việc so sánh, nhận xét. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5.1. Ý nghĩa khoa học Do việc đưa vào hoạt động của các hồ chứa nước ở thượng nguồn sẽ làm thay đổi quá trình lưu lượng nước và bùn cát dẫn đến những biến đổi lớn đối với các yếu tố khác như quan hệ Q – H, tỷ lệ phân lưu, hình thái mặt bằng, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, từ đó có những ảnh hưởng đến tuyến chỉnh trị, bố trí công trình chỉnh trị, …. Luận văn đề cập đến hầu hết các vấn đề đó, đưa ra các so sánh, phân tích, đánh giá ảnh hưởng điều tiết 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 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 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 thủy nông Bắc Hưng Hải. Đặc biệt cho tới nay đã có nhiều cầu lớn tồn tại trên đoạn sông là: cầu Long Biên, cầu Thăng Long, cầu Chương Dương, cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy, cầu Nhật Tân,… Có thể nói đoạn sông Hồng qua Hà Nội như mạch máu chảy giữa lòng Thủ Đô. Nó gắn bó hữu cơ cùng với sự phát triển dân sinh kinh tế xã hội của Thủ Đô Hà Nội. 1.1.1. Các yêu cầu về thoát lũ - Theo quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm (quyết định 92/2007/QĐ – TTg và quyết định 198/QĐ - TTg), với các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 300 năm, phải giữ mực nước sông Hồng tại Hà nội không vượt quá cao trình 13,1m. Với các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 500 năm, phải giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4m. Như vậy, lòng dẫn sông Hồng phải đảm bảo thoát lũ an toàn cho thủ đô Hà Nội với mực nước lũ thiết kế lớn nhất là 13,4m ứng với trận lũ tại Sơn Tây (Q max = 48500 m3/s) có chu kỳ lặp lại là 500 năm. - Cần duy trì tỷ lệ phân lưu sang sông Đuống trong mùa lũ chiếm khoảng 29% đến 30% lưu lượng Sơn Tây để đảm bảo an toàn cho hệ thống đê sông Đuống. 5 - Quá trình thoát lũ cũng phải đảm bảo lòng sông ổn định, không gây sạt lở bờ sông, sạt lở mái đê, đặc biệt không gây vỡ đê. 1.1.2. Các yêu cầu về giao thông vận tải Hiện tại, sông Hồng là một trong những tuyến đường thủy nội địa quan trọng của miền Bắc với mật độ tàu lớn, có khi lên tới khoảng 500 lượt/ngày – đêm trong đó có những tàu tải trọng lớn, đây là huyết mạch đường thủy liên thông với các con sông ở Thái Bình, Nam Định và các vùng phụ cận. Do đó phải duy trì tuyến luồng lạch và thủy vực ổn định, không gây bồi lấp các cảng, cần giảm mực nước dao động giữa mùa khô và mùa mưa, tạo điều kiện thuận lợi cho cho giao thông thủy. Tuy có vai trò quan trọng như vậy, nhưng do chưa được đầu tư và phát triển nên hầu hết các cảng các quy mô còn nhỏ, thiết bị lạc hậu năng lực bốc xếp hàng hóa còn thấp, phương tiện giao thông thủy còn lạc hậu, chưa khai thác hết tiềm năng còn bỏ ngỏ. Chính vì điều này nên trong quy hoạch giao thông vận tải thủy thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 định hướng một số nội dung quan trọng như cải tạo nạo vét luồng tuyến, nâng cấp xây mới các cảng dọc sông Hồng và các sông khác phục vụ giao thông thủy liên kết với mạng lưới giao thông toàn quốc. Cụ thể theo đồ án quy hoạch này Hà Nội sẽ có 4 cảng đầu mối là cảng Khuyến Lương, cảng Phù Đổng, Cảng Sơn Tây, Cảng Tầm xá. Cùng với 4 bốn cảng đầu mối này quy hoạch cũng đề xuất xây dựng, nâng cấp các cảng địa phương như Chèm, Hồng Vân, Mai Lâm…., làm cảng vệ tinh cho các cảng đầu mối nêu trên. Các cảng khách được xác định theo tuyến vận tải khách phù hợp với quy hoạch đô thị của thành phố và các quận huyện. Ngoài các cảng khách hiện hữu ở bến Chương Dương sẽ bố trí một số cảng khách khác dọc theo tuyến vận tải khách kết hợp du lịch sông Hồng, sông Đuống, sông Đáy, sông Tô Lịch… Như vậy, theo quy hoạch này nhu cầu giao thông thủy trong tương lai trên mạng lưới lưu vực sông Hồng là rất lớn, đặc biệt là đoạn qua Hà Nội nên yêu cầu về ổn định tuyến luồng lạch đặt ra cho nó cũng càng cao hơn. 6 1.1.3. Các yêu cầu về xây dựng thành phố và các yêu cầu khác 1.1.3.1. Xây dựng đô thị Trên cơ sở có hành lang thoát lũ quy hoạch phạm vi cho phép xây dựng công trình phục vụ cho việc phát triển và mở rộng thành phố, đồng thời từng bước di dời dân cư nằm trong phạm vi hành lang thoát lũ ra khỏi khu vực này; Xây dựng mới đồng thời với việc phát triển và bảo vệ tăng khả năng khai thác các điểm vui chơi giải trí, du lịch. Đồng thời với việc phát triển đô thị phải đảm bảo không gây ô nhiễm các con sông, tạo cảnh quan môi trường sinh thái xanh – sạch – đẹp. 1.1.3.2. Ổn định đối với các cửa lấy nước lớn - Bờ trái: Trạm bơm ấp Bắc, cửa Đuống, cống Xuân Quan. - Bờ phải: Trạm bơm Đan Hoài, cống Liên Mạc. 1.1.3.3. Bảo vệ an toàn cho các trụ, mố cầu qua sông - Hiện có: Cầu Thăng Long, cầu Long Biên, cầu Chương Dương, cầu Vĩnh Tuy, cầu Thanh Trì, cầu Yên Lệnh, cầu Nhật Tân. - Sẽ xây dựng thêm 4 cầu nữa: Cầu Phú Gia, cầu Tứ Liên, cầu Thượng Cát. 1.2. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.2.1. Các giai đoạn khoa học – công nghệ - Ngay từ khi dời thủ đô về Thăng Long (thế kỷ XI) đã phải đấu tranh chống với lũ sông Hồng, đời Lý Nhân Tông đã cho đắp đê phường Cơ Xá bảo vệ thủ đô Thăng Long. Triều trần (thế kỷ XIII) cho đắp đê sông Hồng từ thượng nguồn ra đến biển. - Dưới thời Pháp thuộc, cùng với việc xây dựng cầu Long Biên, các công trình chỉnh trị bảo vệ cầu đã được xây dựng. Người Pháp cũng tiến hành xây dựng cảng Hàng Mắm, lúc đó nằm ở hạ lưu cầu Long Biên, đầu phố Hàng Mắm bây giờ. - Từ 1971 ÷ 1980 là thời kỳ tiến hành giải phóng các vật cản trong lòng sông. 7 - Từ 1981 ÷ 1990 là thời kỳ tiến hành các dự án chống bồi lấp cảng Hà Nội và bảo vệ bờ sông. - Từ 1991 đến nay là thời kỳ tiến hành củng cố, kiên cố hóa hệ thống đê phòng lũ, cứng hóa bờ sông. 1.2.2. Các đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước và các dự án khoa học – công nghệ - Chương trình tiến bộ khoa học kỹ thuật cấp nhà nước 06.05 (năm 1981 1985) có các đề tài sau: + 06.05.01.01 – Nghiên cứu công trình bảo vệ bờ chống xói, do GS.TS. Vũ Tất Uyên làm chủ nhiệm [ 43] ; + 06.05.01.03 – Nghiên cứu dự báo lan truyền xói sâu Sông Đà và sông Hồng khi hồ Hòa Bình và Tạ Bú hoạt động, do PGS. TS. Hoàng Hữu Văn làm chủ nhiệm [ 45] ; + 06.05.01.04 – Nghiên cứu công trình chỉnh trị đoạn sông Hồng để chống bồi lấp cảng Hà Nội, do TS. Nguyễn Ngọc Cẩn làm chủ nhiệm [ 2] . - Đề tài cấp nhà nước 34A.06.03 “Nghiên cứu các tuyến luồng phục vụ vận tải pha sông biển để nạo vét chỉnh trị trên các tuyến luồng ấy – đặc biệt là tuyến Lạch Giang – Hà Nội” do GS. TS. Lương Phương Hậu (1986) chủ trì [ 7 ] . - Các đề tài khoa học độc lập cấp nhà nước KC – ĐL 94 – 15 (1994 – 1996) nghiên cứu về: + Xác lập hành lang thoát lũ đoạn hạ du sông Hồng từ Sơn Tây đến Hưng Yên do GS. TS. Vũ Tất Uyên chủ trì [ 44] ; + Xác lập tuyến chỉnh trị đoạn hạ du sông Hồng từ Sơn Tây đến cửa Luộc do GS. TS. Vũ Tất Uyên và PGS. TS. Nguyễn Văn Toán chủ trì [5] ; + Quá trình xói bồi, diến biến lòng dẫn hạ du dưới tác động điều tiết của hồ Hòa Bình do PGS. TS. Nguyễn Văn Toán chủ trì [35] ; 8 + Ảnh hưởng của việc điều tiết hồ Hòa Bình đến việc phát điện, lấy nước tưới, tiêu, giao thông thủy và các yêu cầu dùng nước khác…do PGS. TS. Trần Đình Hợi và TS. Trần Quốc Thưởng chủ trì [5] . - Dự án “Đánh giá thực trạng lòng dẫn sông Hồng – sông Thái Bình ảnh hưởng tới suy giảm khả năng thoát lũ và đề xuất phương án chỉnh trị tại những trọng điểm” (Viện Khoa học Thủy lợi, 2001) [ 4] . - Đề tài cấp nhà nước KC08.14/06-10 “Nghiên cứu các giải pháp Khoa học – Công nghệ cho hệ thống công trình chỉnh trị trên các đoạn sông trọng điểm vùng ĐBBB và ĐBNB do GS. TS Lương Phương Hậu chủ trì. [13] 1.3. NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CƠ BẢN 1.3.1. Về quá trình lòng dẫn Trên thế giới có nhiều tác giả nghiên cứu về phân loại quá trình lòng dẫn như: Roxinxki K.I. và Kuzmin I.A, Antunin C.T, Kondratev H.E. và Popov I.B, Snitsenko B. Φ . (1980). Trong đó, Snitsenko B. Φ . đã nghiên cứu trên 183 đoạn của 35 sông ở Liên Xô, có chiều dài tổng cộng là 4.523 km đã đi đến hai cách phân loại [5] : 1. Dựa vào tỷ số B 0 /B và I 0 /I (trong đó B 0 , I 0 là chiều rộng và độ dốc đáy lũng sông, I là độ dốc mặt nước khi chưa ngập bãi và B là chiều rộng lòng sông). 2. Dùng chỉ tiêu tổng hợp A = I 0 B 0 /IB. Theo tiêu chuẩn phân loại quá trình lòng dẫn của Snitsenko B. Φ ., GS. TS. Vũ Tất Uyên [ 42] – Viện khoa học Thủy 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, kích thước, vị 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 [19] : ϕh = d I (1.1) Trong đó: d: Đường kính bùn cát lơ lửng (mm); I: Độ dốc mặt nước (m/km). - Antunin C.T. căn cứ vào tài liệu đo đạc nhiều năm ở sông vùng Trung Á đã đưa ra hệ số ổn định theo chiều rộng sông [12] [19] [ 20] : ϕB = BI 0,2 Q 0,5 (1.2) Trong đó: ϕ B : Hệ số ổn định chiều rộng lòng sông; hệ số càng nhỏ thì độ ổn định của bờ sông càng lớn; B: Chiều rộng lòng sông tương ứng với lưu lượng tạo dòng (m); Q: Lưu lượng tạo lòng sông (m3/s). 10 - Viện Nghiên cứu Thủy văn Liên Xô (1924) đề xuất hệ số ổn định theo chiều rộng và chiều sâu ứng với lưu lượng tạo dòng [12] [19] : Bm =k h (1.3) - Velikanôp (1958), đề xuất lý thuyết tiêu hao năng lượng nhỏ nhất để nghiên cứu về tính ổn định hình thái của lòng sông. - Các tác giả Anh, Mỹ đưa ra lý thuyết chế độ (Regine theory), đề xuất các cộng thức về quan hệ hình thái ổn định của lòng sông. - Ở Việt Nam, tính ổn định và quan hệ hình thái lòng sông được nhiều tác giả nghiên cứu vào những năm 70 – 80 của thế kỷ XX, điển hình là nghiên cứu của Nguyễn Thới Giáp, Lê Ngọc Bích, Lương Phương Hậu (1980), thông qua giả thiết sự phát triển hình thái lòng sông tuân theo nguyên tắc độ biến động nhỏ nhất của lòng dẫn, đề xuất biểu thức [12] : = M M day + aM bo (1.4) Trong đó: M: Độ biến động chung của dòng dẫn; M đáy , M bờ : Lần lượt là độ biến động của đáy sông, bờ sông; a: Hệ số tỷ lệ. Từ đó đã đề xuất công thức xác định quan hệ hình thái của mặt cắt ngang: B = kb h = kh ω 0,24 S 0,24 0,57 Qf g 0,40 d 0,32 (1.5) g 0,05 d 0,24 (1.6) ω 0,43 S 0,43 Q 0,32 f Trong đó: B, h: Chiều rộng trung bình, chiều sâu trung bình ổn định của lòng sông (m); 11 Q f : Lưu lượng tạo lòng (m3/s); d: Đường kính hạt cát tạo lòng (m); S: Sức tải cát (kg/m3); ϖ : Độ thô thủy lực (m/s). Đối với đoạn sông Hồng Lạch Giang – Hà Nội, từ phân tích số liệu thực đo tại các đoạn sông ổn định, tác giả đã xác định các hệ số [9] : kb = 1,580 (1.7) kh = 0,312 (1.8) - Sau khi xây dựng nhà máy thủy điện Hòa Bình trên sông Đà, do quá trình lưu lượng được điều tiết, lưu lượng tạo dòng thay đổi, quan hệ hình thái lòng sông ở hạ du cũng thay đổi. Trong điều kiện này có nghiên cứu của Phùng Quang Phúc [ 21] , trong khuôn khổ đề tài luận án tiến sĩ năm 1996. 1.3.3. Về lưu lượng tạo lòng Lòng dẫn sông được hình thành dưới tác dụng lâu dài của một quá trình dòng chảy tự nhiên trong một điều kiện địa lý, địa chất, khí hậu, thủy văn nhất định. Một lưu lượng đặc trưng cho quá trình lưu lượng tự nhiên đó được gọi là lưu lượng tạo lòng. Trước năm 1989, lòng dẫn sông Hồng được tạo ra trong chế độ dòng chảy tự nhiên của lưu vực. Nhưng khi có nhà máy thủy điện Hòa Bình trên sông Đà, quá trình lưu lượng được điều tiết nên lưu lượng tạo lòng đã thay đổi. Về lưu lượng tạo lòng trên sông Hồng, có nhiều tác giả tính toán trong các đề tài nghiên cứu của mình như Lưu Công Đào, Vi Văn Vy, Lê Ngọc Bích, Vũ Tất Uyên,…Trong báo cáo khoa học thuộc chương trình 06 – 05, PGS. TS. Hoàng Hữu Văn đã tổng hợp kết quá tính toán lưu lượng tạo lòng khi có hồ Hòa Bình và hồ Tạ Bú điều tiết (bảng 1.1).
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu xem nhiều nhất