Sổ tay tính toán thủy lực thủy văn ngành cầu đường (Phần 2)

215 trang ngocly 30 Free

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Sổ tay tính toán thủy lực thủy văn ngành cầu đường (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

so_tay_tinh_toan_thuy_luc_thuy_van_nganh_cau_duong_phan_2.pdf

Nội dung text: Sổ tay tính toán thủy lực thủy văn ngành cầu đường (Phần 2)

ch−ơng V - Tính toán thuỷ lực công trình cầu trong tr−ờng hợp đặc biệt Đ 5.1. Tính khẩu độ nhiều cầu trên 1 sông Khi tuyến đ−ờng qua đoạn sông có bãi rộng mà trên bãi có rất nhiều dòng nhánh, phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của đoạn sông đó để chọn ph−ơng án thiết kế nhiều cầu trên 1 sông hoặc 1 cầu trên 1 sông. Th−ờng th−ờng khi lòng sông và l−u l−ợng n−ớc lũ t−ơng đối ổn định, tỷ số phân phối l−u l−ợng giữa dòng chính, dòng nhánh và dòng trên bãi sông thay đổi rất ít, thì có thể bắc nhiều cầu trên 1 sông. Tr−ờng hợp dòng chính có xu thế chuyển dịch ngang nếu nh− l−u tốc không lớn lắm, l−ợng hàm cát trong n−ớc lũ ít, mà lòng sông t−ơng đối sâu khi dùng biện pháp chỉnh trị để ổn định vị trí lòng sông, khống chế tỷ số phân phối l−u l−ợng giữa dòng chính, dòng nhánh và bãi sông, thì cũng có thể dùng ph−ơng án nhiều cầu trên 1 sông. Nh−ng ở đoạn sông mà lòng thay đổi bất th−ờng, bãi và cồn cát chuyển dịch mạnh không theo quy luật nào, không đ−ợc dùng ph−ơng án nhiều cầu trên 1 sông mà phải bố trí hệ thống công trình chỉnh trị để cố định vị trí lòng sông và dùng ph−ơng án 1 cầu. Nếu bố trí cầu cống phụ trên bãi sông phải dùng biện pháp phòng hộ, bắt dòng chính phát triển theo h−ớng đã định để bảo đảm an toàn cho nền đ−ờng và cầu cống phụ. Trên 1 sông hợp nhiều cầu làm một không hẳn bao giờ cũng tốt, việc đó không những làm thay đổi trạng thái thiên nhiên của dòng n−ớc mà còn có thể có nh−ợc điểm nh− yêu cầu khối l−ợng lớn công trình chỉnh trị, làm tắc các dòng nhánh ảnh h−ởng đến việc t−ới tiêu phục vụ nông nghiệp, nâng cao mực n−ớc ứ dềnh tr−ớc cầu và đ−ờng đầu cầu, thậm chí còn làm ngập làng mạc đồng ruộng hoặc uy hiếp đê điều v.v Bởi vậy, để chọn ph−ơng án làm nhiều cầu hay 1 cầu trên 1 sông cần có so sánh về kinh tế - kỹ thuật. 5.1.1. Những điểm cần chú ý khi tính khẩu độ nhiều cầu trên 1 sông - Vị trí cầu phải đặt ở nơi mà dòng chính và dòng nhánh bãi sông ở chỗ t−ơng đối sâu, cố gắng phân bố các cầu cho đều và giữa các cầu phải có khoảng cách thích hợp. - Căn cứ vào mặt cắt ngang sông tại vị trí cầu và mặt cắt phụ ở th−ợng hạ l−u, lấy đ−ờng phân n−ớc thiên nhiên ở chỗ địa hình nhô cao lên giữa 2 cầu làm điểm phân giới l−u l−ợng. Nếu đ−ờng phân n−ớc thiên nhiên không rõ ràng, có thể vạch một đ−ờng thích hợp giữa hai cầu làm đ−ờng phân n−ớc nhân tạo, dựa vào đó mà phân phối tính l−u l−ợng cho các cầu.
- Do có chênh lệch trong các cách phân phối l−u l−ợng cho các cầu, cần tăng l−u l−ợng thiết kế các cầu cho chúng để mỗi cầu đều thích hợp với điều kiện phân phối bất lợi nhất. Xác định hệ số tăng l−u l−ợng th−ờng dùng ph−ơng pháp sau: Ph−ơng pháp 1: Căn cứ vào mặt cắt ngang sông tại vị trí cần đo ngày gần đây nhất theo mực n−ớc thiết kế, tính l−u l−ợng thoát qua các cầu Qm, và tìm đ−ợc tỷ số phân phối l−u l−ợng cho các cầu bằng công thức: Qm P1 = n % ∑ Qm 1 Ph−ơng pháp 2: Tính tỷ số phân phối l−u l−ợng thiết kế cho các cầu dựa vào mực n−ớc thiết kế và mặt cắt ngang phụ ở th−ợng l−u vị trí cầu: ' Qm P2 = n % ' ∑ Qm 1 Ph−ơng pháp 3: Tính tỉ số phân phối l−u l−ợng lớn nhất cho các cầu theo tài liệu thực đo nhiều năm tại mặt cắt ngang phụ ở th−ợng l−u vị trí cầu: '' Qm P3 = n % '' ∑Qm 1 Với kết quả tính đ−ợc theo các cách phân phối nói trên, chọn ra tỷ số lớn nhất cho từng cầu và đem cộng lại, ta đ−ợc hệ số tăng c−ờng tổng l−u l−ợng tính toán. Trong thí dụ ở bảng d−ới ta đ−ợc hệ số tăng c−ờng l−u l−ợng bằng 1,17; do đó l−u l−ợng thiết kế sẽ thành Qp = 1,17. Q1% Tuy nhiên mực n−ớc thiết kế vẫn dùng mực n−ớc t−ơng ứng l−u l−ợng thiết kế tr−ớc lúc tăng c−ờng. Tỷ số phân phối l−u l−ợng cho các cầu Tổng Ph−ơng pháp phân (%) cộng % phối Cầu 1 Cầu 2 Cầu 3 Cầu 4 Ph−ơng pháp 1 P1 32 18 42 8 100 Ph−ơng pháp 2 P2 30 25 35 10 100 Ph−ơng pháp 3 P3 36 18 32 14 100 Dùng hệ số tăng c−ờng 36 25 42 14 117
- Vị trí cầu phải cố hết sức đặt thẳng góc với h−ớng n−ớc lũ. Chiều cao ứ dềnh của các cầu đều phải lấy bằng nhau. - L−u tốc thiết kế của các cầu trên bãi có quan hệ tới ứ dềnh tr−ớc cầu. Để mực n−ớc ở th−ợng hạ l−u đ−ờng khỏi chênh lệch quá đáng mà ảnh h−ởng tới tính ổn định của nền đ−ờng bãi sông, thì tốt nhất là không cho ứ dềnh quá 0,9m. Nếu l−u tốc ở nhịp cầu trên bãi sông t−ơng ứng với mức dềnh cao nhất thiết kế v−ợt l−u tốc không xói cho phép của đất ở bãi sông, cần so sánh các ph−ơng án cho xói với ph−ơng án không cho xói (phòng xói) d−ới cầu. Do trên bãi sông phù sa từ th−ợng l−u trôi về ít nên th−ờng độ sâu xói d−ới các cầu ở bãi sông rất lớn nên đối với cầu khẩu độ nhỏ tốt nhất là dùng biện pháp gia cố d−ới cầu. - Trong mọi tr−ờng hợp, các cầu đều phải bố trí kè dẫn n−ớc. 5.1.2. Tính khẩu độ cầu Khi thiết kế nhiều cầu trên 1 sông, th−ờng gặp 2 tr−ờng hợp: (1) cho xói địa chất lòng sông d−ới các cầu; (2) ở lòng chính cho phép xói địa chất d−ới cầu, còn ở bãi sông không cho phép xói d−ới cầu. Sau đây là những ph−ơng pháp tính: a. Lòng sông của cầu lớn và cầu trung đều cho phép xói - Dùng công thức (5-1) vẽ đ−ờng cong quan hệ giữa chiều cao ứ dềnh của các cầu và diện tích làm việc d−ới cầu. 2 2 ⎡⎛ Q ⎞ ⎛ Q ⎞ ⎤ ΔZ = η⎢⎜ m ⎟ − ⎜ m ⎟ ⎥ = f ()ω ⎢⎜ ω ⎟ ⎜ Ω ⎟ ⎥ m ⎣⎝ m ⎠ ⎝ m ⎠ ⎦ (5-1) trong đó: η: hệ số, xác định riêng cho mỗi cầu theo bảng 4-10; 3 Qm : l−u l−ợng thiết kế phân phối cho từng cầu nhất định, m /s; 2 ωm : diện tích làm việc d−ới cầu ứng với mực n−ớc thiết kế, m ; Ωm : diện tích mặt cắt ngang dòng sông ở trạng thái thiên nhiên ứng với l−u l−ợng thiết kế ở cầu đó, m2. - Trong nhóm đ−ờng cong ΔZ = f (ωm), căn cứ vào trị số ứ dềnh cao nhất ΔZ, xác định ΔZ theo biên bản ký kết với các ngành hữu quan hoặc theo điều kiện cho phép ngập ở phía th−ợng l−u cầu và chiều cao vai đ−ờng, sơ bộ chọn ra kích th−ớc khẩu độ các cầu, sau đó tính xói d−ới cầu tìm đ−ợc diện tích sau xói của các cầu W’m. Tra lại trên đ−ờng cong ΔZ = f (ωm) đ−ợc trị số ΔZ t−ơng ứng. Lấy trị số ΔZmin (nhỏ nhất trong những trị số ứ dềnh của các cầu) làm trị số chung, ω’m của các cầu t−ơng ứng với ΔZmin làm diện tích cuối cùng, dùng để xác định kích th−ớc cuối cùng khẩu độ cầu.
- Xác định đ−ợc khẩu độ cầu với điều kiện là chiều cao ứ dềnh của các cầu phải đều bằng nhau, thì l−u l−ợng thực tế qua các cầu sẽ theo tỉ số phân phối đã định lúc tr−ớc. Vậy dùng công thức (5-1) để có đ−ờng cong ΔZ = f (Qm) của các cầu và đã biết tổng số l−u l−ợng trên các đ−ờng cong quan hệ trên đó ta tìm đ−ợc dễ dàng l−u l−ợng phân phối cuối cùng và trị số n−ớc dềnh cuối cùng cho các cầu. b. Lòng sông của cầu lớn và cầu trung cho phép xói hoặc không cho phép xói - Vẫn theo ph−ơng pháp trên, vẽ các đ−ờng cong ΔZ= f (ωm) tr−ớc khi xói của các cầu. Theo trị số ứ dềnh đã dùng, tra trên đồ thị đ−ợc diện tích làm việc t−ơng ứng của các cầu và sơ bộ chọn ra kích th−ớc khẩu độ các cầu. - Cầu lớn và cầu trung cho phép xói thì lần l−ợt tính xói để tìm ω’m và ΔZ t−ơng ứng của các cầu rồi chọn ΔZmin làm trị số dùng chung, từ đó tra trên đ−ờng cong quan hệ ΔZ = f(ωm) tìm diện tích làm việc cần thiết của các cầu và xác định lại khẩu độ của chúng. - Vẽ đ−ờng cong quan hệ giữa chiều cao ứ dềnh và l−u l−ợng thoát qua các cầu, lần l−ợt tìm hai trị số phân phối l−u l−ợng tr−ớc khi xói và sau khi xói. - Đối với cầu không cho phép xói khi xác định l−u tốc thiết kế xây lát phải dùng l−u tốc d−ới cầu ứng với l−u l−ợng phân phối cho cầu đó lúc ch−a xói. Ví dụ: Tài liệu gốc: Trên vị trí X có thiết kế 2 cầu . Một cầu ở lòng sông, một cầu ở bãi sông, n−ớc chảy thẳng góc cầu trên bãi sông phải xây lát, hai cầu đều có kè h−ớng n−ớc với kích th−ớc đầy đủ. Tài liệu tính toán của 2 cầu sau khi đã phân phối l−u l−ợng thiết kế và tăng c−ờng nh− bảng sau: ΔΖ(m) cầu lòng sông cầu bãi sông ω(m2) Hình 5 - 1
Tài liệu tính toán Cầu bãi sông Cầu lòng sông L−u l−ợng phân phối, m3/s 190 910 Hệ số tăng c−ờng. 1,1 1,1 L−u l−ợng thiết kế sau khi tăng c−ờng Q , m 210 1000 m3/s Diện tích mặt cắt lòng sông thiên nhiên Ω, 700 1400 m2 Hệ số η 0,1 0,1 Loại đất Dùng đá phiến lát Cát to lẫn cuội khan sỏi Chiều sâu bình quân tr−ớc xói H, m 2,5 5,50 Chiều cao ứ dềnh quy định lớn nhất ΔZ, m 0,30 0,30 Theo công thức (5-1) lập đ−ờng cong ΔZ =f(ωm) của hai cầu, hình 5-1. ắ Tính cầu ở bãi sông 2 Qm/Ω = 210/700 = 0,30 ; (Qm/Ω) = 0,09, đồng thời giả thiết tính chiều cao ứ dềnh Δz của các khẩu độ cầu nh− bảng sau: Hạng mục Dầm bê tông cốt thép chữ T tính toán 2x16m 3x16m 4x16m 5x16m 6x16m 7x16m 8x16m 2 ωm(m ) 66 103 141 178 215 256 294 Qm/ωm(m/s) 3,18 2,04 1,49 1,18 0,98 0,82 0,72 2 (Qm/ωm) 10,10 4,16 2,22 1,39 0,96 0,67 0,52 ΔZ(m) 1,00 1,00 0,21 0,13 0,09 0,06 0,04 ắ Tính cầu ở lòng sông 2 Q 1000 ⎛ Q ⎞ m = = 0,175; ⎜ m ⎟ = 0,51 Ω 1400 ⎝ Ω ⎠
Hạng mục Dầm bê tông cốt thép chữ T tính toán 6x16m 7x16m 8x16m 9x16m 10x16m 11x16m 12x16m 2 ωm(m ) 455 536 620 705 786 874 954 Qm/ωm 2,20 1,87 1,61 1,42 1,27 1,14 1,05 2 (Qm/ωm) 4,85 3,5 2,59 2,02 1,61 1,30 1,10 ΔZ(m) 0,43 0,30 0,21 0,15 0,11 0,08 0,06 2 Khi ứng với ΔZ =0,30m cầu ở bãi sông cần có diện tích làm việc là ωm = 120m ; 2 cầu ở lòng sông ωm = 536m (t−ơng đ−ơng với dầm bê tông cốt thép chữ T 7 x16m). ắ Tìm diện tích ωm sau khi xói của cầu ở lòng sông và ΔZ t−ơng ứng Dùng công thức ch−ơng IV để tính xói, đồng thời coi đất cầu này là loại thổ nh−ỡng t−ơng đối chặt để xét. Tính xói khi n−ớc dềnh theo 50% trị số xói tính toán toàn 2 bộ. Sau khi xét xói 50% rồi, diện tích thoát n−ớc của cầu lòng sông ω’m = 612m . Tra hình vẽ 5-1 đ−ợc Δz = 0,21m t−ơng ứng, cầu bãi sông khi ở mực n−ớc dềnh đó, diện tích 2 làm việc tăng lên ω’m = 141m . Do đó quyết định cầu lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 7x 16m; cầu bãi sông vì không xét tới xói lở, cho nên cần dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 4x16m. ắ Dùng công thức 5-1 lập đ−ờng cong ΔZ =f(Qm) của hai cầu. - Tr−ớc tiên vẽ đ−ờng cong quan hệ H = f (Q,V, Ω) của mặt cắt thiên nhiên lòng sông và bãi sông tr−ớc khi làm cầu (tức đ−ờng cong quan hệ chiều sâu n−ớc bình quân, l−u l−ợng, l−u tốc, mặt cắt thoát n−ớc) H(m) nh− hình 5 - 2. Lòng H = f(Q) - Lần l−ợt tìm các số liệu quan Lòng H = f(V) hệ giữa trị số n−ớc dềnh và l−u l−ợng của Bãi H = f(Q) Lòng H = f(W) cầu bãi sông và cầu lòng sông (tr−ớc và sau lúc xói) – xem bảng trang sau. Bãi H = f(W) Vẽ đồ thị quan hệ nh− hình 5 - 3. Bãi H = f(V) - Trong hình vẽ 5 - 3 lấy tổng Q(m3/s) W(m3) l−u l−ợng bằng 1210m3/s làm tiêu chuẩn V(m/s) tra đ−ợc l−u l−ợng phân phối sau xói: 3 Cầu lòng sông: Qm = 1030m /s; 3 Cầu bãi sông: Qm = 180m /s; Khi đó n−ớc dềnh: ΔZ = 0,18m. Khi tìm đ−ờng xói lớn nhất ở cầu lòng sông thì lấy chiều sâu xói chung của cầu đó 3 là Hp = 6,8m và lấy Qm = 1030m /s để tính xói cục bộ rồi xác định hợp lý chiều sâu chôn móng, đồng thời tra trên hình 5-3 đ−ợc trị số phân phân phối l−u l−ợng tr−ớc xói nh− sau:
3 3 Cầu lòng sông Qm = 930m /s, cầu bãi sông Qm = 280m /s. Chiều cao n−ớc dềnh Δz = 0,28 < 0,30m. ) z (m Q (m3/s) Hình 5-3 Cầu trên bãi sông dùng dẫm bê tông cốt thép chữ T 4 x16m (không xói) 2 2 N−ớc sâu L−u Wm Qm/Wm (Qm/Wm) Qm/Ω (Qm/Ω) ΔZ 2 bình quân l−ợng Qm (m ) (m/s) (m/s) (m) H (m) (m3/s) 15 87 0,931 0,931 0,867 0,193 0,037 0,08 2,0 113,8 1,22 1,22 1,488 0,248 0,062 0,14 3,0 293 167 1,755 3,08 0,349 0,122 0,30 3,5 388 193 2,01 4,04 0,396 0,157 0,39 Cầu ở lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 7 x16m (tr−ớc lúc xói) 2 2 N−ớc sâu L−u Wm Qm/Wm (Qm/Wm) Qm/Ω (Qm/Ω) ΔZ 2 bình l−ợng Qm (m ) (m/s) (m/s) (m/s) (m) quân (m3/s) H (m) 4,0 572 398 1,44 2,074 0,561 0,314 0,176 4,5 707 448 1,577 2,485 0,615 0,378 0,211 5,0 850 493 1,730 2,998 0,667 0,444 0,255 6,0 1172 585 2,006 4,025 0,766 0,587 0,344 6,5 1346 634 2,120 4,494 0,811 0,657 0,384 Cầu ở lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 7 x16m (sau khi xói) 2 2 N−ớc sâu L−u Chiều sâu W’m Qm/W’m (Qm/W’m) (Qm/Ω) ΔZ bình l−ợng Qm Hp(m) (m2) (m/s) (m)
quân H (m3/s) (m) 4,0 572 4,47 450 1,27 1,613 0,314 0,13 4,5 707 5,18 516 1,37 1,877 0,378 0,15 5,0 850 5,93 590 1,44 2,076 0,444 0,163 5,5 1000 6,63 660 1,515 2,20 0,510 0,178 6,0 1172 7,45 741 1,58 2,50 0,587 0,191 6,5 1346 8,22 818 1,64 2,706 0,657 0,205 3 Dùng Qm = 280m /s làm l−u l−ợng thiết kế xây lát ở cầu bãi sông, tra hình 5-3 đ−ợc l−u tốc t−ơng ứng Vm =1,7m/s. Vì l−u tốc này lớn hơn l−u tốc không xói cho phép của đất thực tế, cho nên gia cố bằng lát khan 1 lớp đá hộc. Đ 5.2. Tính khẩu độ cầu trên sông rộng chảy tràn lan Khi khảo sát thiết kế th−ờng th−ờng gặp phải sông rộng chảy tràn lan. Đối với sông này việc tính l−u l−ợng, khẩu độ và xói không đ−ợc dùng các ph−ơng pháp tính nh− sông thông th−ờng đã đề cập trong ch−ơng IV, mà phải dùng ph−ơng pháp đặc biệt để xử lý, nếu không sẽ phát sinh sai số lớn. Căn cứ vào tính chất sông rộng chảy tràn khác nhau, có thể phân làm 3 loại: - Sông bãi rộng vùng đồng bằng; - Sông chảy tràn lan vùng tr−ớc núi; - Sông ở vùng hồ ao, đầm lầy nội địa. Sau đây sẽ lần l−ợt giới thiệu ph−ơng pháp thiết kế khẩu độ cầu của ba loại đó. 5.2.1. Sông bãi rộng vùng đồng bằng a. Đặc tr−ng thuỷ văn hình thái Sông bãi rộng vùng đồng bằng nói chung đều là sông bãi rất lớn, lòng sông t−ơng đối hẹp và chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong toàn bộ phạm vi chiều rộng ngập tràn, độ dốc lại t−ơng đối nhỏ (I <1%o), lúc bình th−ờng n−ớc chỉ chảy trong lòng sông uốn khúc, khi lũ n−ớc tràn ra ngoài lòng sông, l−u tốc bãi sông rất nhỏ, thậm chí có chỗ n−ớc không chảy, l−u tốc lòng sông so với bãi sông lớn hơn nhiều lần, còn l−u l−ợng lòng sông nhỏ hơn l−u l−ợng bãi sông rất nhiều. b. Xác định độ nhám và độ dốc b∙i sông Khi tính l−u l−ợng, l−u tốc ở sông bãi rộng vùng đồng bằng theo ph−ơng pháp hình thái cần đặc biệt chú ý tới việc chọn độ nhám ở bãi sông. Vì độ nhám bãi sông có ảnh h−ởng rất lớn, nếu chọn không thích hợp thì việc tính mực n−ớc, l−u tốc, l−u l−ợng và xác định khẩu độ cầu sẽ bị sai nhiều.
Khi căn cứ vào địa mạo để xác định độ nhám ở bãi sông cần chú ý tới sự thay đổi về địa hình và địa mạo ở th−ợng, hạ l−u mặt cắt hình thái xem có ảnh h−ởng đến sự thanh thoát của dòng n−ớc hay không? Theo công thức Sêdi - Maning tính l−u tốc bãi sông cần phải điều tra hiện tr−ờng hoặc đối chiếu với l−u tốc thực địa. Khi điều tra thấy trên bãi sông có một số chỗ bắt đầu sinh ra xói, chứng tỏ rằng l−u tốc đã xấp xỉ và có chỗ v−ợt quá l−u tốc cho phép không xói của bãi sông. Nếu bãi sông không có cây cối phủ kín có thể xác định l−u tốc cho phép không xói theo công thức, hoặc tra bảng. Nếu bãi sông có cây cối mọc um tùm thì l−u tốc lớn nhất trên bãi có thể đạt tới 1,5 – 2,0m/s. Nếu l−u tốc tính toán có mâu thuẫn với l−u tốc điều tra hoặc l−u tốc thực đo thì phải chỉnh lại hệ số nhám trong tính toán cho thống nhất. Ngoài ra độ dốc mặt n−ớc ở bãi sông trong tr−ờng hợp chung thì giống độ dốc mặt n−ớc ở lòng sông. Nh−ng ở chỗ sông uốn khúc đôi khi lũ trên bãi sông sẽ hình thành dòng chảy thẳng, độ dốc mặt n−ớc bãi sông tính theo công thức sau: LP I n = I P Ln (5-2 ) trong đó: Ip, In: độ dốc lòng sông và độ dốc bãi sông; LP: cự ly lòng sông theo h−ớng chảy cong, m; Ln: chiều dài bãi sông theo h−ớng chảy thẳng, m. c. Tính khẩu độ cầu Đối với sông bãi rộng vùng đồng bằng vì l−u tốc lòng sông so với bãi sông quá lớn, nếu lấy l−u tốc lòng sông làm l−u tốc thiết kế thì khẩu độ sẽ nhỏ quá. Do đó kiến nghị dùng hai ph−ơng pháp sau đây để xác định khẩu độ cầu. • Ph−ơng pháp 1: Căn cứ hệ số bóp hẹp l−u l−ợng định khẩu độ cầu Xác định hệ số bóp hẹp l−u l−ợng theo công thức sau: QP β o = QM μ()1 − λ (5-3) Giả thiết hệ số bóp hẹp l−u l−ợng cho phép giống hệ số xói cho phép P thì có thể căn cứ vào biểu tra hệ số xói cho phép để xác định trị số βo, sau đó dùng công thức sau để tính l−u l−ợng thoát qua khẩu độ cầu trong điều kiện thiên nhiên: QP QM = β o μ()1 − λ (5- 4)
Khi xác định khẩu độ cầu tr−ớc hết phải xác định vị trí cầu, sau đó bắt đầu từ tim cầu luỹ tích dần dần l−u l−ợng bộ phận ra hai bên cầu, tới khi luỹ tích l−u l−ợng bằng QM, thì lúc đó chiều rộng mặt n−ớc tìm đ−ợc chính là khẩu độ thoát n−ớc cần tìm • Ph−ơng pháp O.V. Andreev Khi thiết kế cầu qua sông vùng đồng bằng, O.V. Andreev chia thành 3 tr−ờng hợp: Tr−ờng hợp 1: Cầu chỉ qua phần lòng sông, công thức tính khẩu độ cầu nh− sau: 4 / 3 B ⎛ 1 ⎞ L = .⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 1 − λ ⎝τ p ⎠ (5-5) trong đó: L: tổng chiều dài khẩu độ thoát n−ớc, m; B: chiều rộng lòng sông thiên nhiên, m; P: hệ số xói tra bảng ch−ơng IV; τp = Qch/Qp; 3 Qch: l−u l−ợng lòng sông ở trạng thái thiên nhiên, m /s; 3 Qp: l−u l−ợng lòng sông sau khi làm cầu, m /s; ở tr−ờng hợp 1 và 3 thì Qch bằng l−u l−ợng thiết kế toàn bộ cầu Qp; λ: hệ số thu hẹp do trụ cầu chiếm , λ = btrụ /lnhịp; btrụ: chiều rộng trụ cầu, m; lnhịp: chiều dài của nhịp cầu, m. Theo công thức (5-5) tìm đ−ợc trị số L bằng hoặc nhỏ hơn chiều rộng lòng sông, có nghĩa là hệ số xói P ≥ 1/[τ(1-λ)3/4] thì chiều dài khẩu độ cầu L < B. Nh−ng ở sông vùng đồng bằng, nói chung khẩu độ cầu không đ−ợc nhỏ hơn chiều rộng lòng sông, do đó tr−ờng hợp 1 rất ít gặp trong ứng dụng thực tế. Nếu trị số L tính toán lớn hơn chiều rộng lòng sông, thì không thuộc tr−ờng hợp 1, mà phải xử lý theo 2 tr−ờng hợp sau đây: Tr−ờng hợp 2: Cầu qua cả lòng và bãi sông, mà lòng sông không bị mở rộng. Tr−ớc hết tính hệ số tăng l−u l−ợng lòng sông cho phép theo công thức sau: 3/4 βch = P (1-λ) (5-6)
Rồi theo công thức (5-7), (5-8) tính hệ số tăng l−u l−ợng t−ơng ứng của mặt cắt và bãi sông nh− sau: 2 2 0,50 βb = [βch +(βch -1)F(η,x,a)] (5-7) 1 ⎛ β b ⎞ β ch = β b − ⎜ −1⎟ τ ⎝ β ⎠ (5-8) trong đó: P: hệ số xói lòng sông tra bảng (ch−ơng IV); a. f (x)(η 2 −1) f ()η, a, x = μ 2 + a. f ()x f(x) = 1/(1+2x), nếu trong tính toán giả thiết sau khi làm cầu một vài năm mới xây dựng kè điều chỉnh thì x sẽ triệt tiêu và f(x) = 1; η= Vch/Vbc: tỉ số giữa tốc độ n−ớc chảy tại dòng chủ chia cho tốc độ tại phần bãi sông d−ới cầu lúc tự nhiên; x = lkt/lo: tỉ số giữa chiều dài kè điều chỉnh dòng n−ớc nửa đoạn về phía th−ợng l−u chia cho chiều dài đoạn sông từ nơi dòng chảy bắt đầu thu hẹp tới cầu; lo = Bo – Lc Bo: chiều rộng của sông về mùa lũ, m; Lc: khẩu độ cầu có kể cả trụ cầu, m; 1,1V 2 a = ch g.I.Lo I: độ dốc lòng sông tự nhiên; g: gia tốc trọng tr−ờng, lấy bằng 9,81m/s2; β: hệ số tăng l−u l−ợng toàn bộ: Q β = Qch + Qbc Q: l−u l−ợng toàn bộ, m3/s; Qch, Qbc: phần l−u l−ợng n−ớc chảy qua dòng chủ và phần bãi sông d−ới cầu lúc tự nhiên, m3/s; Q − Qch Qbc = ()Lc − Bch Bo − Bch τ: tỉ số giữa l−u l−ợng dòng chủ chia cho l−u l−ợng toàn bộ, τ = Qch/ Q.
Ph−ơng pháp xác định khẩu độ cầu giống nh− tr−ờng hợp 1 nói trên. Chiều sâu xói chung ở bãi sông nếu nhỏ hơn chiều sâu n−ớc bình quân ở lòng sông tr−ớc khi làm cầu, tức là lòng sông sau khi làm cầu không bị mở rộng, lúc đó tính khẩu độ cầu theo tr−ờng hợp 2. Nếu chiều sâu xói chung lớn hơn chiều sâu n−ớc bình quân ở lòng sông tr−ớc khi làm cầu, tức là lòng sông sau khi làm cầu đã bị mở rộng, thì phải xử lý theo tr−ờng hợp 3. Tr−ờng hợp 3: - Nếu bãi sông d−ới cầu sau khi bị xói đều biến thành lòng sông thì ph−ơng pháp xác định khẩu độ cầu giống nh− tr−ờng hợp 1. Theo công thức (5-5) tính tổng chiều dài khẩu độ cầu, B trong công thức này đổi thành chiều rộng lòng sông sau khi mở rộng. - Nếu bãi sông d−ới cầu sau khi xói có 1 bộ phận biến thành lòng sông, tr−ớc hết dựa vào tr−ờng hợp 2 sơ bộ quyết định khẩu độ và tính chiều sâu xói các đ−ờng thuỷ trực bãi sông, xác định phạm vi mở rộng lòng sông, sau đó tính hệ số tăng l−u l−ợng cho phép ở lòng sông theo công thức sau: 3 / 4 ⎡ B ()1 − λ ⎤ β ch = P⎢ ⎥ ⎣⎢ Bμ ⎦⎥ (5-10) trong đó: Bμ: chiều rộng lòng sông d−ới cầu sau khi mở rộng, m; Căn cứ vào công thức tìm hệ số tăng l−u l−ợng cho phép ở lòng sông, rồi dựa vào công thức (5-7) và công thức (5-8) xác định lại hệ số tăng l−u l−ợng toàn mặt cắt và khẩu độ (ph−ơng pháp giống tr−ờng hợp 2). Khi khẩu độ cầu tìm đ−ợc và khẩu độ định lúc đầu chênh nhau quá 5% phải xác định lại phạm vi mở rộng lòng sông và tính toán lại theo trình tự nói trên, tới khi nào khẩu độ tìm đ−ợc với khẩu độ ban đầu chênh nhau khoảng 5% mới thôi. Đối với sông bãi rộng vùng đồng bằng, sau khi xác định khẩu độ cầu bằng ph−ơng pháp hệ số tăng l−u l−ợng nói trên, vẫn phải kiểm toán mực n−ớc. Chênh lệch lớn nhất ở th−ợng hạ l−u nền đ−ờng không nên quá 0,90m. Vì nền đ−ờng bãi sông th−ờng làm bằng đất thấm n−ớc, để bảo đảm nền đ−ờng an toàn, độ dốc thuỷ lực thẩm thấu phải < 1/10. MNTL (Δh/s) ≤ 1/10 Δh S Hình 5 -4
Xác định mực n−ớc chênh nhau giữa 2 phía nền đ−ờng theo công thức sau: Δh = ΔZ+ib(Ln-a)+iδ(b+d)+iHLn ≤ 0,90 m (5 - 11) trong đó: ΔZ: chiều cao n−ớc dềnh tr−ớc cầu, cách tính theo ch−ơng IV, m; ib: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía th−ợng l−u, ib ≈ i; iδ: độ dốc thiên nhiên dòng n−ớc; iH: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía hạ l−u, khi không có kè iH = 0,5iδ Ln: khoảng cách từ cao độ vai đ−ờng cần thiết tìm đ−ợc đến mép tr−ớc mố cầu gần nhất, m; a: hình chiếu kè h−ớng dòng phía th−ợng l−u trên tim nền đ−ờng, m; b: hình chiếu kè h−ớng dòng phía th−ợng l−u trên đ−ờng pháp tuyến của tim nền đ−ờng, m; d: hình chiếu kè h−ớng dòng phía hạ l−u trên đ−ờng pháp tuyến của tim nền đ−ờng, m. ở sông bãi rộng vùng đồng bằng trong tr−ờng hợp thông th−ờng đều phải bố trí kè h−ớng dòng để tránh ảnh h−ởng dòng n−ớc chảy ngang và giảm bớt xói chân nền đ−ờng. 5.2.2. Sông chảy tràn lan vùng tr−ớc núi a. Đặc tr−ng thuỷ văn hình thái lòng sông Dòng sông vùng núi chảy luôn luôn cuốn theo l−ợng phù sa rất lớn, khi tới khu vực tr−ớc núi không bị thung lũng sông giới hạn n−ớc chảy khuếch tán, độ dốc giảm dần, l−u tốc nhỏ đi, l−ợng phù sa cuốn theo dòng n−ớc tích lại rất nhiều tạo thành quạt bồi ở giữa cao, 2 bên thấp, sau khi n−ớc lũ thoát qua cửa núi sẽ chảy tự do tạo nên dòng n−ớc chảy tràn vùng tr−ớc núi. Dòng n−ớc chảy tràn tr−ớc núi vì nằm sát cửa núi nên độ dốc lớn, bề mặt th−ờng là tầng bồi tích cuội hay sỏi có lẫn đất và cát. Phía cuối quạt bồi bằng phẳng hơn, l−u tốc rất nhỏ, mặt đất là lớp cát bồi tích, khi lũ n−ớc chảy tràn lan ngập rất rộng. Tr−ờng hợp thông th−ờng lòng sông ở khu vực chảy tràn tr−ớc núi đều có xu h−ớng bồi cao dần dần, đặc biệt là sau những lần lũ bùn đá lớn lòng sông bồi cao lên rõ rệt. L−u l−ợng của vùng chảy tràn phía tr−ớc núi rất lớn ở sát cửa núi, sau đó do các yếu tố thẩm thấu, khuếch tán, truyền lũ v.v thì l−u l−ợng chảy về phía hạ l−u càng nhỏ dần, thậm trí có hiện t−ợng dòng chảy bị đứt quãng. b. Bố trí cầu và công trình điều tiết
ở vùng chảy tràn lan phía tr−ớc núi, do lòng sông không ngừng bồi cao, l−u l−ợng luôn luôn thay đổi nên chọn vị trí cầu là vấn đề rất phức tạp. Nếu bố trí vị trí cầu ở giữa quạt bồi đối diện với cửa núi thì do quạt bồi ở giữa cao, hai bên thấp, n−ớc sẽ dồn vào chỗ trũng nên việc thoát n−ớc qua cầu rất ít tác dụng và n−ớc đọng ở chỗ trũng không tiêu đ−ợc. Nếu vị trí cầu đặt ở chỗ thấp về hai phía quạt bồi, dòng chủ th−ờng th−ờng xói thẳng vào nền đ−ờng, ảnh h−ởng tới an toàn của tuyến đ−ờng. Do đó tốt nhất nên tránh khu vực quạt bồi. Nếu do điều kiện bắt buộc phải đặt vị trí cầu trên quạt bồi tích thì cần có công trình kiên cố, không cho l−u l−ợng thay đổi và lòng chủ di chuyển. Khi bố trí cầu ở gần cửa núi thì vị trí cầu phải đối diện với cửa núi đồng thời dùng kè bó dòng nối liền từ cửa núi tới cầu và kéo dài thêm một đoạn xuống hạ l−u để tránh dòng n−ớc bị khuếch tán sau khi chảy qua cầu, làm cho phù sa bồi ở cạnh khẩu độ cầu. Chiều cao kè bó dòng ngoài việc căn cứ vào mực n−ớc thiết kế bình th−ờng còn cần phải căn cứ vào tài liệu điều tra để xét tới tình hình bồi của lòng sông sau này. Độ dốc cân bằng chuyển cát lòng sông sau khi ngừng bồi tích, có thể dùng độ dốc của đoạn không bị bồi tích gần đó. Khi khảo sát thiết kế phải dựa vào tài liệu điều tra đ−ợc, xác định độ dốc cân bằng chuyển cát dòng sông và đ−ờng mặt n−ớc, đồng thời cần thêm một độ cao an toàn thích đáng để xác định cao độ đỉnh đập. Kích th−ớc mặt cắt kè thắt n−ớc có thể tham khảo số liệu liên quan ở ch−ơng VII hoặc các tài liệu khác để thiết kế; mặt kè tiếp xúc với n−ớc cần xét tới xói mặt dốc và lỗ chân kè, căn cứ l−u tốc lớn nhỏ mà tiến hành thiết kế phòng hộ. Khi cầu cách cửa núi t−ơng đối xa, nếu dùng biện pháp làm kè bó dòng nối tới cửa núi thì rõ ràng không hợp lý về kỹ thuật và kinh tế thì có thể dùng ph−ơng án nhiều cầu qua các chi l−u chính. Lúc này tuyến đ−ờng phải thẳng góc với quạt bồi, tức là tuyến đ−ờng phải song song với đ−ờng đồng mức có góc chuyển h−ớng bằng góc khuếch tán dòng n−ớc (xem hình 5-5). Vị trí tuyến đ−ờng nh− vậy rất tiện cho việc xử lý vấn đề điều tiết dòng n−ớc đồng thời làm cho chỗ trũng không bị bồi tích. Kè điều tiết Hình 5-5
ở giữa vị trí cầu có thể bố trí kè h−ớng dòng bịt kín kiểu chữ nhân (λ), Kè h−ớng dòng 2 bên cần kéo dài ra ngoài đ−ờng tràn ngập thiết kế, chiều cao và mặt cắt kè h−ớng dòng xem phần công trình điều tiết ch−ơng VII. Trong phạm vi quạt bồi không đ−ợc phép đào, đồng thời còn phải dự tính đ−ợc khả năng bồi cao sau này. Đối với việc thiết kế tĩnh không d−ới cầu, cao độ vai đ−ờng, cao độ đỉnh kè h−ớng dòng hoặc kè chắn n−ớc đều phải dự trữ chiều cao bồi tích cần thiết. Độ dốc đáy sông d−ới cầu phải bảo đảm khớp với th−ợng, hạ l−u để thoát phù sa đ−ợc dễ dàng. c. Tính l−u l−ợng ở khu vực chảy tràn tr−ớc núi trong tr−ờng hợp thông th−ờng đều không có trạm thuỷ văn (Trạm thủy văn th−ờng bố trí ở đoạn sông phía th−ợng l−u cửa núi, hoặc ở đoạn sông phía hạ l−u chỗ các dòng nhánh hợp lại). Mặt khác ở khu vực chảy tràn lan do dòng sông không theo quy luật nào, mực n−ớc tính toán hệ số nhám, độ dốc v.v đều rất khó định đ−ợc chính xác nên dùng ph−ơng pháp hình thái tính l−u l−ợng n−ớc tràn sẽ rất khó khăn. Muốn tìm l−u l−ợng t−ơng đối chính xác có thể dùng biện pháp sau đây: Tại hai vị trí ở cửa núi và đoạn sông ở hạ l−u phải thu thập tài liệu l−u l−ợng thực đo nhiều năm đồng thời của các trạm thuỷ văn hoặc l−u l−ợng tính toán bằng ph−ơng pháp hình thái, chấm đ−ờng cong quan hệ l−u l−ợng t−ơng ứng ở hai chỗ (xem đ−ờng cong OCF hình 5-6). Nói chung sau khi lũ thoát qua cửa núi, đỉnh lũ truyền xuống phía d−ới bị nhiều tổn thất nh− triết giảm do n−ớc tích, thẩm thấu vào lòng sông, m−ơng t−ới vào đồng ruộng v.v nếu không có chi nhánh lớn đổ vào thì l−u l−ợng ở hạ l−u so với l−u l−ợng ở th−ợng l−u th−ờng nhỏ hơn. Những năm ít n−ớc, l−u l−ợng ở hạ l−u nhỏ hơn nhiều lần so với l−u l−ợng ở th−ợng l−u. Còn năm QTL nhiều n−ớc thì l−u l−ợng dần dần tiến tới F bằng nhau. Sau đó căn cứ vào l−u l−ợng E lớn nhất lịch sử thu thập đ−ợc ở cửa núi, C xác định l−u l−ợng lớn nhất tại vị trí cầu B theo ph−ơng pháp triết giảm lũ (tham Hình 5-6 khảo ch−ơng III). Đem l−u l−ợng này chấm trên 45o QHL hình 5- 6 đ−ợc điểm A, điểm này ở giữa 0 đ−ờng 45o và đ−ờng cong OCF; AB/AC biểu thị tỷ số tổn thất l−u l−ợng ở cửa núi đến vị trí cầu với tổn thất l−u l−ợng giữa vị trí cầu đến mặt cắt hạ l−u. Nếu AB/AC tìm đ−ợc trên đồ thị khác nhiều so với tình hình thực tế của tổn thất l−u l−ợng giữa th−ợng và hạ l−u vị trí cầu, có thể điều chỉnh vị trí điểm A cho hợp lý. Cuối cùng giữa đ−ờng cong OCF và đ−ờng thẳng 45o vẽ đ−ờng cong nội suy OAD qua điểm A. Tức là đ−ờng cong quan hệ giữa l−u l−ợng ở vị trí cầu với l−u
l−ợng ở cửa núi. Nh− vậy l−u l−ợng thiết kế ở vị trí cầu có thể theo l−u l−ợng cùng tần suất ở cửa núi, tra trên đ−ờng cong OAF. Khi vị trí cầu cách cửa núi rất gần, giữa khẩu độ cầu và cửa núi nối bằng kè bó dòng thì l−u l−ợng vị trí cầu có thể trực tiếp dùng l−u l−ợng ở cửa núi. Khi vị trí cầu cách cửa núi t−ơng đối xa và bố trí nhiều khẩu độ cầu, tr−ớc tiên theo ph−ơng pháp trên tìm tổng l−u l−ợng tính gộp các cầu, rồi dựa vào công thức sau tính l−u l−ợng mỗi cầu: 0,5 Ci (Ri I i ) K Qi = QP 0,5 ∑ []WC ()RI (5-12) trong đó: 3 Qp: tổng l−u l−ợng thiết kế tính gộp các cầu, m /s; 3 Qi: l−u l−ợng thiết kế mỗi cầu, m /s; K: hệ số tăng c−ờng khi xét tới trị số phân phối l−u l−ợng không ổn định (ph−ơng pháp xác định xem ⇓5.1); Wi, Ci, Ri, Ii: là diện tích thoát n−ớc, hệ số Sêdi, bán kính thuỷ lực và độ dốc mặt n−ớc của các cầu. Việc xác định các yếu tố thuỷ lực này có thể dựa vào mặt cắt hình thái thẳng góc với l−u h−ớng và mực n−ớc lũ lịch sử điều tra đ−ợc để tính toán. Giữa 2 cầu có thể căn cứ vào chỗ địa hình lồi lõm trên mặt cắt làm đ−ờng phân giới l−u l−ợng. Khi điều tra mực n−ớc lũ lịch sử cần chú ý trên mặt n−ớc có độ vồng hoặc độ dốc ngang, do đó phải tiến hành điều tra trên từng dòng nhánh, không nên chỉ lấy mực n−ớc lũ điều tra tại 1 vị trí làm mực n−ớc chung cho toàn mặt cắt. d. Tính khẩu độ Tr−ớc khi tính khẩu độ phải căn cứ vào l−u l−ợng thiết kế của các cầu tìm đ−ợc theo công thức Sedi - Maning tính ra mực n−ớc thiết kế. Khi dùng kè bó dòng nối liền khẩu độ cầu và cửa núi, chiều rộng lòng sông giữa khẩu độ cầu và kè thắt n−ớc không đ−ợc bóp hẹp và cần dùng cầu t−ơng đối rộng. Nếu vị trí cầu cách cửa núi t−ơng đối xa mà dùng ph−ơng án bắc nhiều cầu có thể theo ph−ơng pháp tính khẩu độ nhiều cầu trên 1 sông ở Đ5.1 để xác định khẩu độ. Khi tính cần chú ý: Nếu tuyến đ−ờng không thẳng góc với l−u h−ớng các dòng nhánh tr−ớc hết phải dựa vào mặt cắt phụ ở th−ợng l−u thẳng góc với l−u h−ớng để tính đ−ợc khẩu độ cần thiết, sau đó xét chảy xiên mà xác định khẩu độ tại vị trí cầu. Đồng thời từ mực n−ớc tính toán ở mặt cắt th−ợng l−u, tìm ra mực n−ớc thiết kế d−ới các cầu theo độ dốc lòng sông. 5.2.3. Sông ở vùng hồ ao, đầm lầy nội địa a. Miêu tả đặc tr−ng
Khu vực trũng n−ớc nông có lau sậy mọc um tùm gọi là vùng đầm lầy. Khu vực trũng giữa có vũng n−ớc sâu, không có cỏ mọc gọi là ao hồ. Xung quanh ao hồ th−ờng có rất nhiều dòng nhánh chảy vào. Nói chung n−ớc chứa trong hồ ao không chảy ra ngoài, nh−ng có một số hồ ao khi mực n−ớc lũ dâng cao tới mức nào đó thì chảy vào hồ ao thấp hơn cạnh đó hoặc tràn ra sông lớn. Sông nội địa khi chảy qua vùng núi thì có lòng sông sâu rõ ràng, tới vùng bằng phẳng, lòng sông rộng nông và uốn khúc, khi lũ n−ớc chảy tràn lan, độ dốc thoải, l−u tốc và l−u l−ợng so với vùng núi giảm đi, nh−ng khi dòng n−ớc chảy vào khu vực ao hồ lòng sông mất đi, mặt n−ớc rất rộng, độ dốc rất nhỏ, l−u tốc, l−u l−ợng cũng nhỏ hơn. b. Xác định mực n−ớc thiết kế Nếu không có tài liệu quan trắc thuỷ văn, có thể tham khảo công thức (2 – 45). c. Xác định l−u l−ợng thiết kế Khu vực hồ ao đầm lầy th−ờng không có ng−ời ở, tài liệu của trạm thuỷ văn thiếu, điều tra mực n−ớc lũ lịch sử lại rất khó khăn. Do bãi sông rộng nên nếu mực n−ớc chỉ sai một chút thì sẽ ảnh h−ởng rất nhiều đến l−u l−ợng. D−ới đây giới thiệu một số ph−ơng pháp tính, khi ứng dụng nên đối chiếu lẫn nhau. • Ph−ơng pháp hình thái: Tiến hành khảo sát hình thái tại chỗ cửa núi phía th−ợng l−u để xác định l−u l−ợng lớn nhất lịch sử. Dựa vào trị số Cv, Cs của vùng đó tính đổi thành l−u l−ợng theo tần suất thiết kế rồi dùng ph−ơng pháp triết giảm truyền lũ (xem ch−ơng III), tính ra l−u l−ợng ở chỗ sông đổ vào hồ. Nếu điều kiện cho phép, đo mặt cắt hình thái cạnh bờ hồ và tính l−u l−ợng để đối chiếu. • Ph−ơng pháp tính theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki Sau khi điều tra và tính đ−ợc l−u l−ợng lớn nhất lịch sử cửa núi rồi xác định hệ số dòng chảy theo công thức: Q.t α = l 0,278()H T − H o F. fδ (5-13) ý nghĩa các ký hiệu đã nêu trong công thức Đ.L.Xôkôlôpxki ch−ơng II. Từ hệ số dòng chảy của lũ lịch sử nói trên có thể tính đổi thành hệ số dòng chảy tần suất lũ thiết kế theo công thức sau: α α ' = α P α n (5-14) trong đó:
αp: hệ số dòng chảy khu vực t−ơng ứng với tần suất lũ thiết kế, tra bảng 2 - 11; αn: hệ số dòng chảy khu vực t−ơng ứng với tần suất lũ lịch sử ,tra bảng 2 - 11. Căn cứ vào hệ số dòng chảy α’ tính l−u l−ợng ứng với tần suất thiết kế chỗ cửa núi theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki. Cũng có thể tính l−u l−ợng ở cạnh hồ ao theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki nh−ng khi xác định trị số α dùng thời gian tập trung n−ớc t bằng công thức sau: ⎛ L1 ⎞ L2 t =16,67⎜ ⎟ + ⎝ V1 ⎠ V2 (5-15) trong đó: LI, L2: chiều dài l−u vực từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi tới mép hồ, km; VI, V2: l−u tốc bình quân từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi tới mép hồ, m/s; Kết quả tìm đ−ợc bằng những ph−ơng pháp trên phải so sánh lẫn nhau để quyết định trị số l−u l−ợng chảy vào hồ ao sử dụng cho thiết kế . • Nếu tuyến đ−ờng đi qua giữa hồ, phải xét tới tác dụng triết giảm lũ chứa ở hồ, l−u l−ợng ở vị trí cầu tính theo công thức sau: ’ Q p= Qp - η (Qp + Qc + Qo) (5-16) trong đó: ’ 3 Q p: l−u l−ợng ở vị trí cầu, m /s; 3 Qp: l−u l−ợng chảy vào hồ, m /s; η: tỉ số giữa diện tích chứa n−ớc ở hồ về phía th−ợng l−u cầu với diện tích chứa n−ớc toàn bộ hồ; Qc: l−u l−ợng của các sông khác cùng chảy vào hồ (thông th−ờng có thể xét điều kiện bất lợi nhất tức là giả định các sông khác không chảy về đồng thời Qc = 0); 3 Qo: l−u l−ợng ở hồ tràn ra khi lũ, m /s. d. Tính khẩu độ Tr−ớc khi tính khẩu độ cần căn cứ vào l−u l−ợng, hệ số nhám, mặt cắt và độ dốc lòng sông theo công thức Sêdi - Maning tính mực n−ớc bình th−ờng. Nh−ng khi n−ớc lũ về, mực n−ớc sẵn có trong hồ có thể dâng cao tới mức n−ớc lũ, nên dòng n−ớc ở trạng thái chảy vật.
Điều kiện bất lợi nhất để tính khẩu độ vẫn th−ờng xảy ra ở tr−ờng hợp mực n−ớc bình th−ờng. Lấy mực n−ớc bình th−ờng làm mực n−ớc tính toán thì các b−ớc xác định khẩu độ nh− sau: Thông th−ờng trong tính toán cầu lớn và cầu trung, không xét tới triết giảm l−u l−ợng do tích n−ớc tr−ớc cầu gây nên, còn dòng sông nội địa, tổng thể tích dòng chảy t−ơng đối nhỏ, mà thể tích chứa n−ớc hồ t−ơng đối lớn, vì vậy khi tính khẩu độ cần phải xét tới triết giảm l−u l−ợng do tích n−ớc tr−ớc cầu. • Tính mực n−ớc chứa và l−u l−ợng thoát d−ới cầu nh− sau: ⎛ Wak ⎞ QC = QP ⎜1 − ⎟ = f ()H ⎝ W ⎠ (5 -17) trong đó: 3 QC: l−u l−ợng thoát qua cầu sau khi điều tiết, m /s; 3 Qp: l−u l−ợng thiết kế, m /s; W: tổng thể tích dòng chảy (xem mục Đ2.4 ch−ơng II); Wak: thể tích lớp n−ớc phía trên mực n−ớc bình th−ờng ở th−ợng l−u cầu, m3. Tính đồ thị quan hệ QC = f(H) nh− bảng sau: Mực n−ớc tr−ớc Δz Wak Wak/W 1 -Wak/W Qc cầu H (m) (m) (105 m3) (m3/s) • Công thức tính chiều cao n−ớc dềnh cho phép nh− sau: Δz ≤ 0,9 - ib (Ln - a) - iδ (b + d) -in Ln (5-18) trong đó: ib= ϕ .iδ: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía th−ợng l−u cầu: ϕ: hệ số tra theo bảng 5 – 2 ; iδ: độ dốc dòng n−ớc thiên nhiên; in: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía hạ l−u in =0,5iδ; Ln: cự li từ cao độ vai đ−ờng cần thiết đến mép tr−ớc mố cầu gần nhất, m; a: hình chiếu kè h−ớng dòng, phía th−ợng l−u trên trục nền đ−ờng, m; b: hình chiếu kè h−ớng dòng, phía th−ợng l−u trên đ−ờng pháp tuyến của trục nền đ−ờng, m;
d: hình chiếu kè h−ớng dòng, phía hạ l−u trên đ−ờng pháp tuyến của trục nền đ−ờng; h1: chiều sâu bình quân đoạn bãi sông d−ới cầu trong điều kiện thiên nhiên, m; Bảng 5-2 Bảng tra hệ số ϕ h1/(h1 + Δz) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 ϕ 0,50 0,35 0,24 0,15 0,09 0,05 0,02 0,01 H ΔZ(m) (m) QC = f(H) Q(m3/s) Hình 5-7 • Tính khẩu độ cần thiết theo công thức sau: Q Lcb = μVC hcp P (5-19) trong đó: μ: hệ số thắt hẹp dòng chảy do trụ cầu, tra bảng ch−ơng IV; Lcb: tổng chiều dài khẩu độ tính toán cầu, m; Q: xác định l−u l−ợng thoát n−ớc d−ới cầu trên hình (5-7) dựa theo trị số Δz cho phép, m3/s; hcp: chiều sâu n−ớc bình quân d−ới cầu, m; VC: l−u tốc bình quân lòng sông trong điều kiện tự nhiên, m/s. 0,5 ⎡ ΔZ 2 ⎤ Vc = ⎢ + V0 ⎥ ⎣0,15 ⎦ (5-20) Vo: l−u tốc bình quân toàn mặt cắt sông tr−ớc khi làm cầu, m/s; P: hệ số xói cho phép tra theo bảng 4 - 2.
Đ 5.3. Thiết kế khẩu độ cầu qua dòng bùn đá 5.3.1. Miêu tả đặc tr−ng Dòng bùn đá là dòng lũ n−ớc ống chảy từ khe núi ra có mang theo bùn, cát, cuội đá v.v Theo dung trọng bùn đá γc lớn nhỏ có thể phân làm dòng bùn cát dẻo (γc >1,6) và dùng bùn nhão (γc <1,5). Dòng bùn cát dẻo có trôi theo đá tảng lẫn đất sét kết lại thành một khối, th−ờng phát sinh chảy từng đợt, khi ngừng di chuyển tụ lại không khuyếch tán. Dòng bùn nhão cuốn trôi bùn cát lẫn cuội sỏi lớn và chảy rối khi điều kiện lòng sông không tốt, th−ờng xẩy ra hiện t−ợng cát đá làm tắc và bồi tích. ở thung lũng sông vùng núi có dòng bùn đá, khi dòng lũ bùn đá chảy qua cửa núi, do độ dốc lòng sông nhỏ dần, l−u tốc giảm đi, bùn đá bị cuốn trong dòng chảy sẽ lắng xuống nhiều, tạo thành một khu vực bồi tích hình quạt, ở giữa cao, hai bên thấp. H−ớng chảy chủ yếu của dòng bùn đá nói chung là thuận theo cửa núi từ giữa chỗ cao đẩy dần xuống hạ l−u, đặc tr−ng chủ yếu của nó là xu h−ớng phát triển bồi cao và mở rộng. ở khu vực khí hậu khô, l−ợng m−a tập trung, quạt bồi có thể phát triển đều hàng năm hay phát triển cách quãng. Lòng lạch trên quạt bồi phát triển hàng năm thì luôn đổi dòng, khi n−ớc nhỏ có thể có hiện t−ợng bào sâu dần, khi lũ lại phát triển thành một quạt bồi mới, trên mặt đất không có cỏ mọc, phần nhiều là đá dăm sắc cạnh hoặc đá tảng; trên mặt quạt bồi phát triển cách quãng, trông nh− cố định, vành đai rõ, có cỏ mọc hoặc trồng trọt, nhà cửa định c−, lòng lạch đã bào thành máng trũng t−ơng đối ổn định, nh−ng gặp trận m−a rào tập trung có thể phát triển đột biến. Đối với quạt bồi phát triển hàng năm dễ phân biệt, nh−ng đối với quạt bồi phát triển cách quãng, do th−ờng coi nhẹ nên dễ nhầm lẫn với thung lũng sông giữa núi. Khi khảo sát ngoại nghiệp, đối với loại lũng sông này cần điều tra kỹ, thu thập đầy đủ tài liệu thuỷ văn, địa chất và tài liệu về sự phá hoại của dòng bùn đá v.v phân tích kỹ quy luật phát triển theo lịch sử để chọn ph−ơng án cầu và quyết định khẩu độ đ−ợc chính xác. 5.3.2. Nguyên tắc bố trí vị trí cầu Chọn chính xác vị trí cầu v−ợt qua dòng bùn đá, có ý nghĩa quan trọng đối với việc sử dụng th−ờng xuyên công trình sau này và bảo đảm vận doanh an toàn, do đó cần hết sức thận trọng. Thông th−ờng tuyến đ−ờng nên tránh đi qua khu vực có dòng bùn dẻo nghiêm trọng. Nguyên tắc bố trí cầu nh− sau: • Nếu tuyến đ−ờng đi qua Hình 5 -8
khu vực dòng bùn đá, để bảo đảm nền đ−ờng và cửa sông an toàn, cần tăng thêm kinh phí về bảo d−ỡng công trình, đồng thời phải xét tới các ph−ơng án tuyến khác đi vòng ra ngoài phạm vi dòng bùn đá, qua so sánh về kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn cho thích hợp. Khi chọn ph−ơng án đi vòng tránh sang bên kia nh− hình (5 - 8), cần chú ý quạt bồi có thể ép chặt dòng n−ớc sông lớn, làm cho dòng chủ sát bờ đó, gây xói nền đ−ờng và cầu cống, cho nên tận l−ợng tôn cao tuyến đ−ờng bên phía dốc núi, đặt ở đoạn ổn định hoặc trên lớp đá. • Khi v−ợt qua quạt bồi hoặc giải bồi, ở khu vực bùn đá trôi, cần lựa chọn sao cho tuyến đ−ờng ở ven theo đ−ờng đồng mức khi v−ợt qua mỗi khe núi (hình 5-9). Nh− vậy có khi dùng cầu một nhịp vì ở đó lòng sông cố định, có thể tránh đ−ợc nguy hiểm do thay đổi dòng, xói lở nền đ−ờng, hoặc nền đ−ờng bị cát đá vùi lấp và bị biến dạng. Nếu định tuyến nh− trên có khó khăn, cần phải chọn băng qua đoạn bùn cát chảy thông thoát. Khi l−u tốc dòng bùn rất lớn cần tận dụng khả năng dịch về phía hạ l−u, vùng có l−u tốc yếu để giảm bớt xói lở nền đ−ờng đầu cầu. Nếu dòng n−ớc có lẫn nhiều phù sa phải chọn đoạn t−ơng đối dốc, để bảo đảm phù sa thoát qua dễ dàng không gây nên bồi tích lớn. HìnhHình 5 -9 5-:9: TuyếnTuyến vv−−ợtợt qua qua lũng thung sông bùn lũng đá sông bùn đá • Tuyến đ−ờng băng qua quạt bồi hoặc dải bồi, cần phải bảo đảm nền đ−ờng có đủ độ cao, không đ−ợc đào. Vì xu thế dòng chủ của dòng lũ bùn đá luôn luôn thuận theo h−ớng cửa núi từ đỉnh quạt bồi chảy xuống, do đó cần phải bố trí cầu ở chỗ dòng chủ lớn nhất đối diện với cửa núi, đồng thời cũng phải bố trí cầu cống ở những chỗ trũng giữa dải quạt bồi để thoát n−ớc tích hoặc n−ớc trên mặt đất. Không nên dịch vị trí cầu từ dòng chủ, chỗ bùn đá trôi mạnh sang phía trũng, vì sau khi cải dòng bùn đá đến chỗ trũng tốc độ bồi tích vẫn mạnh sẽ tạo thành mặt quạt bồi mới làm tắc cầu. Khi tuyến v−ợt qua liên tục nhiều dòng nhánh, nguyên tắc là phải bố trí từng cầu riêng, bất đắc dĩ mới phải hợp nhất các dòng nhánh lại. Trong tr−ờng hợp điều kiện địa hình, địa mạo, dòng chảy v.v thuận lợi, có thể bịt kín một số dòng nhánh, nh−ng cần phải xây dựng công trình h−ớng dòng và phải tăng c−ờng phòng hộ các công trình h−ớng dòng.
• Khi chọn vị trí cần phải căn cứ vào tài liệu điều tra và kết hợp với tình hình cụ thể để đồng thời bố trí công trình h−ớng dòng cho hợp lý, còn đối với cầu và nền đ−ờng, phải có biện pháp phòng hộ thích hợp. Khi lòng sông t−ơng đối dốc, l−u tốc rất lớn nói chung không đ−ợc dùng kè h−ớng dòng quá dài, vì kè h−ớng dòng lớn, dài dễ bị rò gây nguy hiểm, bảo d−ỡng không tiện. Khi dốc dọc lòng sông, t−ơng đối thoải, trong dòng n−ớc có lẫn ít cát và tạp chất mà l−u l−ợng lại lớn, muốn cho dòng n−ớc khỏi chảy tràn rộng khắp quạt bồi, gây nguy hiểm cho nền đ−ờng thì có thể làm lòng sông nhân tạo, bắt n−ớc chảy vào nhịp cầu, đồng thơì phải chú ý kéo dài ra một đoạn nhất định ở cửa ra (hình 5- 10) để đề phòng bị mở rộng đột nhiên gây hiện t−ợng bồi lấp làm tắc cầu. Lòng sông nhân tạo phải thẳng hoặc cong dần dần, để tiện cho dòng bùn đá chảy đều vào nhịp cầu. o a)a) o’ b) Hình5-10: Lòng sông khống chế bằng đê Hình5-11:Liên kết giữa mố cầu và lòng sông 5.3.3. Xác định l−u l−ợng và khẩu độ a. Tính l−u l−ợng D−ới đây giới thiệu ph−ơng pháp th−ờng dùng hiện nay: • Ph−ơng pháp 1: 1 + ρ(1 − ε ) Qbd = Qδ . γ H ()100 − ρ (5-21) trong đó: 3 Qbd: l−u l−ợng dòng bùn đá, m /s; 3 Qδ: l−u l−ợng m−a rào, m /s;
ε: độ hổng của vật bồi tích khi khô; γH: tỷ trọng vật bồi tích, căn cứ vào điều tra thực địa mà xác định; ρ: tỷ lệ % trọng l−ợng vật bồi tích lơ lửng dòng bùn đá ρ = 53AI0,39 A: hệ số biểu thị mức độ xói lở s−ờn dốc của dòng bùn đá, đối với ta luy khó xói mòn (nh− có cỏ tốt, đá hoặc đá sỏi sông rất tốt) dùng 0, 6; ta luy trung bình có thể bị xói dùng 1,0; ta luy dễ bị xói ( hạt rất nhỏ rời rạc lộ ra ngoài) dùng 1:4; I: độ dốc bình quân s−ờn dốc của dòng bùn đá, %o. • Ph−ơng pháp 2: Qbd = Q (1 + ϕ) + q (5-22) trong đó: γ −1 ϕ: hệ số dòng bùn đá: ϕ = C γ H − γ C 3 γc: dung trọng dòng bùn đá, t/m , có thể tính theo công thức sau: γ H X H + 1 ' ' γ C = hoặc γ C =1+ X H + λH X H X H + 1 (5-23) 3 γH: dung trọng vật bồi tích, t/m ; XH: tỷ số giữa thể tích n−ớc trong với thể tích vật cuốn theo dòng lũ bùn, do hỏi nhân dân địa ph−ơng, hoặc lấy mẫu ngay thực địa; ’ X H: tỷ số giữa thể tích vật cuốn theo dòng lũ bùn đá với thể tích dòng bùn đá, do hỏi nhân dân địa ph−ơng, hoặc lấy mẫu ngay thực địa; q: l−u l−ợng tăng thêm, ở tr−ờng hợp có ứ tắc và thiếu tài liệu thực đo, có thể lấy bằng 30% l−u l−ợng m−a rào. • Ph−ơng pháp 3: Q bd= Vbd.W bd ( 5 - 24) m.R 2 / 3 I 1/ 2 V = bd a (5-25) trong đó:
0,5 ⎛ γ H (γ C −1)⎞ a: hệ số sức cản: a = ⎜ ⎟ + 1 ⎝ γ H − γ C ⎠ (5-26) m: trị số nhám xét tới đặc tr−ng tình hình dòng bùn đá, dựa theo kết quả thống kê của Viện thiết kế I Trung Quốc lấy m = 15,3; Wbd: diện tích mặt cắt thoát n−ớc ở lòng sông của dòng bùn đá; 3 γH: dung trọng vật bồi tích, t/m ; • Ph−ơng pháp 4: ⎛ γ ⎞ 0,8 ⎜ C ⎟ Qbd = Qδ e ⎜ −1⎟ (5 - ⎝ γ b ⎠ 27) trong đó: e = 2,72; γb: dung trọng dòng n−ớc thông th−ờng; Công thức tính theo các ph−ơng pháp nói trên không thích hợp cho tr−ờng hợp dòng bùn dẻo. Ph−ơng pháp 1 dùng tính l−u l−ợng bùn đá có diện tích tụ n−ớc nhỏ, ph−ơng pháp 2 th−ờng áp dụng cho sông vừa; ph−ơng pháp 3 và 4 áp dụng cho sông t−ơng đối lớn. b. Xác định khẩu độ Vì dòng bùn đá khi chảy có cuốn theo một l−ợng lớn đá tảng bùn cát, l−u tốc cân bằng động lực lớn hơn l−u tốc dòng n−ớc bình th−ờng, cho nên dễ gây tác hại nhiều đến nền đ−ờng, cầu cống. Khi xác định khẩu độ cầu, diện tích công tác d−ới cầu phải đầy đủ để bảo đảm cho các vật bị cuốn theo vùng n−ớc thoát qua cầu đ−ợc dễ dàng. Cần chú ý những điểm sau: • ở khu vực bùn đá trôi bố trí cầu tốt hơn là cống, khẩu độ cầu không nên bóp hẹp, nói chung phải bằng chiều rộng lòng sông thiên nhiên ứng với mực n−ớc thiết kế ở chỗ cửa vào, đồng thời nên chọn khẩu độ cầu 1 nhịp. • D−ới cầu cần bảo đảm tĩnh không đầy đủ. Khi khảo sát phải điều tra kỹ quy luật biến đổi về bồi tích và bào mòn của lòng sông, tĩnh không d−ới cầu phải xét tới chiều cao bồi tích bình quân nhiều năm và chiều cao có thể bồi tích nhiều nhất mỗi lần, chọn trị số lớn nhất trong đó để tìm mực n−ớc thiết kế. Đáy dầm cao hơn mực n−ớc này trên 1m. Về chiều sâu chôn móng, ngoài phần bị xói ra còn phải xét tới độ sâu bị bào mòn lớn nhất mỗi lần. • Khi v−ợt qua quạt bồi, không đ−ợc phép đào d−ới cầu.
• Đối với khẩu độ cầu có dòng bùn nhão, l−u tốc bình quân d−ới cầu khi có lũ, chỗ cửa ra, cửa vào không đ−ợc nhỏ quá trị số sau đây (căn cứ vào đề nghị của G.U.Samốp) 1/3 1/6 Vbd = 3,83d h (5 - 28) Vbd: l−u tốc bình quân tới hạn, m/s; d: đ−ờng kính bình quân của nhóm hạt phù sa bị chuyển dịch, m; trong vật hỗn hợp của đất bồi, khi lũ nhỏ dùng nhóm hạt t−ơng đối nhỏ, còn lũ lớn dùng nhóm hạt lớn. h: chiều sâu n−ớc bình quân khi lũ nhỏ và lũ lớn, m. • Khẩu độ cầu qua dòng bùn đá chảy rối, công thức tính xói chung và l−u tốc cân bằng động lực nh− sau: 5/3 0,28 1/1+x hsx= [αh /(0,68 d βψ)] (5 - 29) 0,28 x Vcb = 0,68d βψhi (5 - 30) trong đó: hsx: chiều sâu n−ớc sau khi xói, m; ψ: hệ số tăng c−ờng l−u tốc cần bằng động lực xác định theo dung trọng γc của dòng bùn đá, tra bảng (5-3); Vcb: l−u tốc cân bằng động lực xuyên qua các lớp đất; h, hi, d, β, x, α đã trình bày trong công thức tính xói chung theo Litstơvan (ch−ơng IV). Bảng 5-3 Bảng tra hệ số ψ γc 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 ψ 1,06 1,13 1,20 1,27 1,34 1,42 1,50 1,60 • Khẩu độ cầu v−ợt qua vùng bùn dẻo nên làm một nhịp, không nên bóp hẹp và cần bố trí mố cầu và 1/4 nón ở ngoài phạm vi vùng bùn đá. Đ 5.4. Thiết kế khẩu độ cầu ở khu vực hồ chứa n−ớc Mục đích chủ yếu xây hồ chứa n−ớc là nhằm khống chế nhân tạo và lợi dụng lòng sông, trữ n−ớc lại khi m−a nhiều, đến mùa cạn sẽ phân phối sử dụng số n−ớc dự trữ đó. Xây dựng hồ chứa n−ớc là biện pháp khai thác tài nguyên thiên nhiên của n−ớc ta hiện nay và là một biện pháp phòng chống lũ. Vì hồ chứa n−ớc có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế, nên khi xây dựng hồ chứa, đ−ờng xá cần có sự điều chỉnh cục bộ. Khi tuyến đ−ờng đi qua th−ợng l−u dòng sông, dòng sông đã
xây hồ chứa n−ớc rồi thì hồ chứa sẽ giữ tất cả, hoặc một phần n−ớc m−a lại, điều đó rất có lợi cho việc thoát lũ của cầu cống. Nếu tiêu chuẩn thiết kế hồ chứa n−ớc quá thấp hoặc chất l−ợng thi công quá kém, sẽ uy hiếp cầu cống. Cần phải tiến hành nghiên cứu, phân tích các mặt trên cơ sở toàn bộ lợi ích chung về kinh tế – xã hội để xử lý vấn đề thiết kế cầu cống ở khu vực hồ chứa n−ớc. 5.4.1. Khái niệm chung về hồ chứa n−ớc đỉnh đập Thân đập MN GC MN DBT Vdt Vh Cống thoát n−ớc MN chết VC a. Yếu tố cơ bản trong hồ chứa n−ớc: xem hình 5-12. • Công trình thoát n−ớc Công trình thoát n−ớc là kết cấu để thoát một khối l−ợng n−ớc trong hồ ra, rất nhiều tr−ờng hợp không dùng lối chảy tự nhiên. Công trình thoát n−ớc này có thể là loại cho dòng n−ớc chảy có áp, nh−: ống n−ớc trong thân đập hoặc ống n−ớc vòng quanh thân đập v.v hoặc là loại cho n−ớc chảy tự do, nh− đ−ờng tràn lũ v.v L−u l−ợng thoát qua công trình, chủ yếu quyết định bởi diện tích mặt cắt ngang của đập (khi đập có cửa thì dựa vào kích th−ớc đóng mở) và đầu n−ớc. Đầu n−ớc là độ chênh lệch giữa mực n−ớc trong hồ cao hơn mực n−ớc ở khẩu độ thoát n−ớc. Tr−ờng hợp cửa ra của khẩu độ thoát n−ớc bị ngập, l−u l−ợng thoát n−ớc còn quyết định bởi mực n−ớc hạ l−u. Khi khai thác hồ chứa, tất cả l−u l−ợng thoát ra ở từng thời gian phải thích ứng với đ−ờng biểu diễn lợi dụng n−ớc, vì thế những công trình này phải làm cửa đập để khống chế nhân tạo. • Mực n−ớc chết và dung tích chết - Mực n−ớc t−ơng ứng với cao độ đáy cống thoát n−ớc trong hồ, gọi là mực n−ớc chết (MNC) hay mực n−ớc chết là mực n−ớc thấp nhất mà ng−ời ta chỉ cho phép tháo n−ớc ở hồ tới mức đó. - Dung tích chết (VC) của hồ là dung tích kể từ đáy hồ đến cao trình mực n−ớc chết. • Mực n−ớc dâng bình th−ờng, dung tích hữu ích
- Mực n−ớc dâng bình th−ờng (MNDBT) là mực n−ớc cao nhất trong hồ chứa n−ớc, dùng để tính toán các công trình thuỷ lợi đầu mối có tính đến mức an toàn bình th−ờng theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Mực n−ớc dâng bình th−ờng là thông số quan trọng nhất, nó định ra các chỉ tiêu làm việc của hồ chứa cũng nh− định ra kích th−ớc của các công trình, mức độ ngập và vốn đầu t− vào việc xây dựng công trình đầu mối và hồ chứa n−ớc. - Phần dung tích hồ chứa nằm trong phạm vi từ mực n−ớc chết đến mực n−ớc dâng bình th−ờng gọi là dung tích hữu ích của hồ chứa (Vhi). Dung tích hữu ích đ−ợc dùng để điều tiết dòng chảy, bằng cách tháo n−ớc theo chu kỳ và sau đó chứa n−ớc vào hồ. • Mực n−ớc gia c−ờng và dung tích gia c−ờng: - Mực n−ớc gia c−ờng (MNGC) là mực n−ớc cao hơn mực n−ớc bình th−ờng cho phép hồ chứa giữ lại trong thời kỳ tháo n−ớc lũ của những năm đặc biệt nhiều n−ớc (điều kiện khai thác đặc biệt bất th−ờng). - Dung tích gia c−ờng, hay còn gọi là dung tích dự trữ (VG ), là dung tích trong phạm vi từ MNDBT đến MNGC, dung tích này dùng để giảm (cắt) những l−u l−ợng lũ lớn. b. Tiêu chuẩn thiết kế hồ chứa n−ớc Theo quy phạm hiện hành của Việt Nam - Công trình thuỷ lợi các quy định chủ yếu về thiết kế (TCVN 5060-90) nh− các bảng sau đây: Bảng 5 - 4 Phân cấp công trình thuỷ lợi (TCVN 5060-90) Đập vật liệu địa ph−ơng Đập BT và BTCT, đá xây, kết cấu d−ới Cấp n−ớc của nhà máy thuỷ điện, âu thuyền, công công trình nâng tầu, t−ờng chắn đất và trình những công trình BT và BTCT khác tham gia vào việc tạo tuyến áp lực Dạng đất nền Đá Cát sỏi đất Đất sét bão Đá Cát sỏi, đất Đất sét bão sét tảng ở hoà n−ớc ở sét tảng ở hoà n−ớc ở trạng thái trạng thái trạng thái trạng thái cứng và nửa dẻo cứng và nửa dẻo cứng cứng Chiều cao công trình (m) ≥100 >75 >50 >100 >50 >25 I >70 ữ100 >35ữ75 >25ữ50 >60ữ100 >25ữ50 >20ữ25 II >25 ữ70 >15ữ35 >15ữ25 >25ữ60 >10ữ25 >10ữ20 III >10ữ25 >8ữ15 >8ữ15 >10ữ25 >5ữ10 >5ữ10 IV V ≤10 ≤8 ≤8 ≤10 ≤5 ≤5
Ghi chú: - Nếu sự cố của công trình dâng n−ớc có thể gây hậu quả có tính chất tai hoạ cho các thành phố, khu công nghiệp và quốc phòng, các tuyến đ−ờng giao thông, các khu dân c− ở hạ l−u công trình đầu mối, thì cấp công trình xác định theo bảng 5 - 4, đ−ợc phép nâng lên cho phù hợp với quy mô hậu quả khi có luận chứng thích đáng. - Nếu sự cố công trình dâng n−ớc không gây hậu quả đáng kể đến hạ l−u (khi công trình nằm ở vùng th−a dân hoặc ở gần biển), cấp của chúng xác định theo bảng 5 - 4, đ−ợc phép hạ xuống 1 cấp. Bảng 5 - 5 (TCVN 5060-90) Nhà máy thuỷ Hệ thống thuỷ nông(103ha) Công trình cấp Cấp công trình lâu dài điện có công T−ới Tiêu n−ớc có l−u Chủ yếu Thứ yếu suất, 103KW l−ợng, m3/s >300ữ1000 I III >50ữ300 >50 >50 >15ữ20 II III >2ữ50 >10ữ50 >10ữ50 >5ữ15 III IV > 0,2ữ2 >2ữ10 >2ữ10 >1ữ5 IV IV ≤ 0,2 ≤ 2 ≤ 2 ≤ 1 V V Ghi chú: - Nhà máy thuỷ điện có công suất lắp máy >1000000KW thuộc cấp đặc biệt. Khi thiết kế phải xây dựng tiêu chuẩn thiết kế riêng. - Cấp của âu tầu và công trình nâng tầu đ−ợc ấn định theo sự thoả thuận giữa Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn và Bộ Giao thông vận tải. - Cấp của công trình thuỷ lợi tạm thời theo quy định ở điều 1.6 , Tiêu chuẩn Việt Nam - Công trình thuỷ lợi các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN5060-90. - Cấp của công trình giao thông cắt qua thân đê cũng đ−ợc xác định nh− cấp của các công trình dâng n−ớc, nh−ng không thấp hơn cấp của tuyến đê đó. Tần suất l−u l−ợng, mực n−ớc lớn nhất để tính ổn định, kết cấu cho các công trình thuỷ lợi lâu dài (chính) trên sông và trên tuyến áp lực của hồ chứa n−ớc, dâng n−ớc, tháo n−ớc, dẫn n−ớc khi ch−a có công trình điều tiết nhiều năm ở th−ợng nguồn đ−ợc xác định theo bảng 5 – 6. Bảng 5 - 6 (TCVN 5060-90) Cấp công trình Tần suất l−u l−ợng, mực n−ớc lớn nhất để tính ổn định, kết cấu công trình, % I 0,10 II 0,50
III 1,00 IV 1,50 V 2,00 5.4.2. Tính khẩu độ cầu cống trong phạm vi ảnh h−ởng hồ chứa n−ớc a. Cầu nằm ở th−ợng, hạ l−u đập n−ớc vĩnh cửu và tạm thời Sau khi xác định đ−ợc l−u l−ợng và mực n−ớc thiết kế đã đề cập ở ch−ơng III, khẩu độ cầu xác định nh− sông thông th−ờng, đã đề cập trong ch−ơng IV. b. Cầu nằm trong khu vực hồ Nói chung, đối với hồ chứa n−ớc đ−ợc xây dựng để phục vụ yêu cầu thuỷ lợi, thuỷ điện, hoặc yêu cầu tổng hợp khi tuyến đ−ờng qua đây nên tránh đi qua hồ. Tr−ờng hợp nếu bắt buộc phải đi qua hồ thì phải đ−ợc s− đồng ý của ngành chủ quản các công trình này. Các thông số thuỷ văn thuỷ lực của hồ (mực n−ớc, l−u l−ợng, l−u tốc, khẩu độ thoát n−ớc v.v ) làm cơ sở để thiết kế công trình thoát n−ớc và nền đ−ờng, do ngành chủ quản hồ đập cung cấp. Đ 5.5. Tính khẩu độ cầu, khi vị trí cầu bị ảnh h−ởng thuỷ triều 5.5.1. Theo h−ớng dẫn khảo sát và thiết kế các công trình v−ợt sông trên đ−ờng bộ và đ−ờng sắt (NIMP 72) của Liên Xô (tr−ớc đây), a. Dự kiến khẩu độ cầu trong tr−ờng hợp bất lợi nhất (khi triều rút) Qb L = BP + ΔB∑ (5 - Vb H b 31) trong đó: Bp: chiều rộng lòng sông ứng với mực n−ớc tính toán, m; ΔB: hệ số có khả năng giảm tối đa khẩu độ cầu trong phần bãi sông, phụ thuộc vào tỷ số ΣQb/Qrút.(xem bảng 5 – 7); 3 Qb: l−u l−ợng bãi (trái hoặc phải) ở thời kỳ triều rút, m /s; Vb: l−u tốc trung bình trên bãi, trong thời kỳ triều rút, m/s; Hb: chiều sâu n−ớc trung bình trên bãi ở mực n−ớc tính toán, m. Bảng 5 – 7 ΣQ /Q b rút 90 80 70 60 50 40 30 20 10
ΔB 0,92 0,90 0,89 0,86 0,84 0,80 0,74 0,60 0,30 Ghi chú: Khi bãi sông nông và dài, cho khẩu độ trên bãi quá lớn sẽ không phù hợp với thực tế b. Nếu trong miền triều dâng, rút lòng sông sụt lở thì khẩu độ cầu xác định theo công thức: Q L = rut ( 5 – ()1 − λ Vo H sl 32) trong đó: λ = b/l (với b: chiều rộng trụ; l: chiều dài tĩnh của nhịp; Vo: l−u tốc không xói, m/s; tra bảng ch−ơng IV; Hsl: chiều sâu thiên nhiên trung bình của lòng sông sụt lở, m; 3 Qrút: l−u l−ợng lớn nhất trong thời gian triều rút, m /s. 5.5.2. Theo Sổ tay tính toán thuỷ văn cầu đ−ờng Trung Quốc ω −ω L = μ o (5 h - 33) QP QP ω μ = = (5 Pμ(1− λ)VP δVP h - 34) Q p ω o ' L = − = L − ΔLo δVP h h (5 - 35) Tính thử dần khẩu độ cần thiết ứng với các mực n−ớc tính toán theo bảng sau: H Qp δ Vp L’ Wo ΔL L Ghi chú (m) (m3/s) (m/s) (m) (m2) (m) (m) Cách ghi bảng: h: chiều sâu bình quân của bãi giả định tuỳ ý phạm vi thay đổi từ 0.5 đến mực n−ớc t−ơng ứng với Q1%, cách 0.5m tính một lần;
Qp: l−u l−ợng tính toán căn cứ vào trị số h, xem ch−ơng III; hp δ = P.μ. (1-λ) ý nghĩa: P, μ, λ giống ch−ơng IV; Vp: l−u tốc tính toán xác định theo tr−ờng hợp 3, xem ch−ơng III; L’ = Qp/(δVph) ΔL =ωo/h LMax L L = L’ -ΔL Hình 5-13 Dựa vào trị số h1, L tính đ−ợc theo biểu trên vẽ đ−ờng cong quan hệ nh− hình 5-13; Chọn khẩu độ cầu tính toán Lp ≥ L max. Đ 5. 6. Tính khẩu độ cầu, khi vị trí cầu bị ảnh h−ởng n−ớc dềnh sông lớn Theo sổ tay tính toán thuỷ văn cầu đ−ờng Trung Quốc: ⎡ Δh ⎤ Ω 1 ⎢ Δt Q ' − ω εV ⎥ L = ⎢ + P o P ⎥ (5 – εVP ⎢ h h ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ 36) trong đó: ’ 3 Q p: l−u l−ợng thiết kế, m /s, xác định ở ch−ơng III; Ω: diện tích mặt n−ớc dềnh phía th−ợng l−u cầu ứng với mực n−ớc thiết kế, m2; Δh/Δt: trị số lớn nhất, xác định trên đ−ờng H ∼(Δh/Δt), ở nhánh n−ớc rút; ωo: diện tích thoát n−ớc lòng sông tại vị trí cầu ứng với mực n−ớc tự nhiên bình th−ờng, m2; ε: hệ số thắt hẹp dòng chảy do nền đ−ờng đắp đầu cầu; h: chiều sâu n−ớc tính toán, m; VP: l−u tốc tính toán, m/s;
' QP VP = (5 – Wn ω P + ∑ωn WP 37) 2 ωp: diện tích thoát n−ớc ở lòng chủ ứng với mực n−ớc thiết kế, m ; 2 ωn: diện tích thoát n−ớc ở bãi sông ứng với mực n−ớc thiết kế, m ; 0,5 Wn =(C h )n: suất phân phối l−u l−ợng trên bãi sông; 0,5 Wp =(C h )p: suất phân phối l−u l−ợng ở lòng chủ. Đ 5.7. Tính khẩu độ cầu trong điều kiện dòng chảy điều tiết ở trong kênh 5.7.1. Các thông số thiết kế Dòng chảy trong kênh nhân tạo chủ yếu là dòng chảy đều, ổn định. Các thông số thuỷ văn, thuỷ lực và kích th−ớc kênh nói chung, khẩu độ công trình thoát n−ớc bắc qua kênh nói riêng do các cơ quan quản lý chức năng cung cấp. Trong tr−ờng hợp không có tài liệu thì có thể dùng ph−ơng pháp tính toán đ−ợc giới thiệu trong các giáo trình thuỷ lực dùng cho sinh viên các tr−ờng đại học ngành xây dựng công trình. 5.7.2. Những yêu cầu khi thiết kế công trình thoát n−ớc qua kênh - Nếu kênh đào nằm trong nền đất đắp, thì khẩu độ cầu nhỏ nhất lấy bằng chiều rộng kênh theo mép n−ớc hai bờ. - Dao động mực n−ớc trong kênh có thể đồng thời với dao động mực n−ớc của ao hồ chứa ở ngoài kênh. Nếu trong hồ chứa có trạm quan trắc dài ngày thì trong tính toán dùng mực n−ớc theo tần suất của cầu. Khi thiếu hoặc không đủ số liệu quan trắc, để tính toán dùng mực n−ớc lớn nhất xác định theo ngấn vết hoặc điều tra ở dân địa ph−ơng - Theo quy định với những kênh thuỷ lợi chỉ nên bắc cầu một nhịp để khỏi phá huỷ chế độ dòng chảy của kênh. Khi bố trí trụ giữa phải đ−ợc sự thoả thuận của cơ quan khai thác kênh. - L−u l−ợng tính toán của kênh t−ới phụ thuộc vào l−u l−ợng ở công trình đầu mối lấy n−ớc, hoặc các công trình cấp n−ớc t−ới dọc kênh. Tài liệu l−u l−ợng thiết kế kênh do các cơ quan chức năng của ngành thuỷ lợi cấp.
Đ 5.8. Kiểm toán công trình cầu hiện tại Cầu cũ ở n−ớc ta phần nhiều thiếu tài liệu tính toán thuỷ văn. Vấn đề là cần xét xem khẩu độ cầu và độ sâu chân móng cầu, bố trí vị trí cầu và công trình h−ớng dòng đã hợp lý ch−a và nền đ−ờng bãi sông có an toàn không? Những vấn đề này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc phòng lũ phá hoại cầu cũ và bảo đảm xe chạy không bị gián đoạn. Nguyên tắc kiểm toán thuỷ văn cầu lớn, cầu trung phải dựa trên kết quả điều tra, khảo sát tại thực địa để phân tích xem cầu có thể chịu đựng đ−ợc các trận lũ lịch sử hay không, nếu không chịu đ−ợc cần dựa vào đó để có biện pháp thiết kế xử lý phù hợp. 5.8.1. Xác định các đặc tính dòng chảy a. Thu thập tài liệu: • Điều tra mực n−ớc: Đối với mỗi trận lũ lớn lịch sử phải điều tra những tài liệu sau: - Mực n−ớc d−ới cầu: điều tra mực n−ớc lũ cao nhất ở cả 2 mố cầu phía bờ trái và bờ phải; - Độ dốc ngang mặt n−ớc: ven theo th−ợng hạ l−u nền đ−ờng bãi sông điều tra vết lũ để vẽ đ−ợc độ dốc ngang mặt n−ớc phía th−ợng và hạ l−u; - Dọc theo sông, điều tra vết lũ ven theo hai bờ trái phải để vẽ đ−ợc độ dốc dọc mặt n−ớc lũ. Phạm vi đo vẽ phía th−ợng hạ l−u gấp trên 3 lần chiều rộng ngập tràn, phái hạ l−u bằng 1 lần chiều rộng ngập tràn. - Mặt cắt d−ới cầu và chiều sâu hố xói cục bộ thực đo của nhiều lần lũ, đồng thời đo một mặt cắt ngang lòng sông ở hạ l−u cách vị trí cầu bằng một lần chiều rộng ngập tràn (sau này gọi là mặt cắt thiên nhiên phía hạ l−u); - Thu thập tài liệu thuỷ văn có liên quan gồm: mực n−ớc, l−u l−ợng, l−u tốc mặt cắt, địa hình, l−ợng bùn cát v.v của trạm thủy văn ở gần vị trí cầu; - Thu thập và đo đạc bản đồ địa hình về diễn biến của đoạn sông bắc cầu qua các năm, các trận lũ lịch sử; - Đo đạc hoặc điều tra tài liệu, l−u h−ớng, l−u tốc và độ sâu xói v.v ở kè h−ớng dòng và nền đ−ờng bãi sông; - Thu thập tài liệu thiết kế và tài liệu địa chất về cầu nền đ−ờng bãi sông và công trình chỉnh trị v.v b. Xác định l−u l−ợng thiết kế Dựa vào tài liệu l−u l−ợng nhiều năm của trạm thuỷ văn hoặc dựa vào l−u l−ợng tính toán theo ph−ơng pháp hình thái tìm đ−ợc l−u l−ợng thiết kế. Phải bố trí mặt cắt hình thái ở phía th−ợng l−u vị trí cầu ngoài khu vực n−ớc vật, bố trí mặt cắt
phía hạ l−u vị trí cầu ở ngoài khu vực khuếch tán, chiều dài khu vực khuếch tán gấp 1 lần chiều rộng ngập tràn. c. Xác định mực n−ớc thiết kế Nếu có tài liệu l−u l−ợng mực n−ớc t−ơng đối nhiều, có thể vẽ đ−ờng cong quan hệ l−u l−ợng với mực n−ớc ở mặt cắt vị trí cầu. Sau đó trên đ−ờng cong quan hệ này xác định đ−ợc mực n−ớc t−ơng ứng với l−u l−ợng tính toán. Nếu thiếu tài liệu l−u l−ợng mực n−ớc, có thể dựa vào tài liệu 1 trận lũ lớn nhất theo công thức (5 - 38) tính hệ số phân phối l−u tốc d−ới cầu: Q P α = 5 / 3 hcp L Lv μ (5 -38) trong đó: 3 QP: l−u l−ợng tính toán, m /s; hcp: chiều sâu bình quân d−ới cầu, m; LLv: chiều dài làm việc của cầu, m. Tính l−u l−ợng thoát n−ớc ở các mực n−ớc theo công thức: H1% 5/3 Q =αhcp LLvμ = f(h) Dựa vào công thức trên lập đ−ờng cong quan hệ Q, l−u l−ợng mực n−ớc, để xác định mực n−ớc tính toán. ồ Kiểm tra xem tĩnh không từ mực n−ớc thiết kế này Q1% cách đáy dầm có phù hợp với yêu cầu của quy trình không. Nếu không đủ tĩnh không cần phải có biện pháp Hình 5-14 giải quyết. 5.8.2. Kiểm toán khẩu độ cầu ΔZ Kiểm tra khẩu độ cầu có đủ không, chủ yếu Tim cầu phải dựa vào chênh lệch mực n−ớc giữa th−ợng hạ l−u cầu lớn hay nhỏ để quyết định. Nếu chênh lệch mực n−ớc v−ợt quá trị số cho phép, thì khẩu độ cầu còn thiếu. Ph−ơng pháp tính chênh lệch mực n−ớc khi có lũ thiết kế thoát qua nh− sau: Xác định trị số ΔZ của lũ lịch sử trên bản vẽ độ Hình 5-15 dốc dọc mặt n−ớc (xem hình 5-15). Sau đó tính trị số ứ dềnh nh− công thức sau:
ΔZ η = 2 2 ( 5 - Vμ − Vo 39) QP Vμ = (5 -40) μ.ω μ ()1 − λ trong đó: Vμ: l−u tốc d−ới cầu khi có lũ lịch sử thoát qua, m/s; Qp, μ,λ : ý nghĩa nh− trên; 2 ωμ: diện tích thoát n−ớc d−ới cầu ứng với HTK., m ; Vo: l−u tốc bình quân toàn mặt cắt sông (tính theo mặt cắt thiên nhiên hạ l−u), m/s; Căn cứ vào hệ số dềnh này có thể tìm đ−ợc chiều cao ứ dềnh phát sinh khi l−u l−ợng thiết kế thoát qua d−ới cầu theo công thức (5 - 41) nh− sau: 2 2 ΔZ =η(Vμ − Vo ) (5 -41) Tính cao độ mặt n−ớc dọc theo th−ợng hạ l−u nền đ−ờng khi có lũ lịch sử thoát qua theo công thức sau: - Cao độ mặt n−ớc phía th−ợng l−u: Hb =Hp% + ΔZ + IB (Ln - a) + Iδ b (5 - 42) - Cao độ mặt n−ớc phía hạ l−u: HH = HP% - IHLn - Iδ d (5 - 43) trong đó: Hp: mực n−ớc thiết kế, m; ΔZ: chiều cao n−ớc dềnh tr−ớc cầu, m; IB: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía th−ợng l−u cầu; IB=ϕiδ iδ: độ dốc thiên nhiên dòng n−ớc; ϕ: hệ số tra bảng 5 – 2; Ln: khoảng cách từ cao độ vai đ−ờng cần thiết, đến mép tr−ớc mố cầu gần nhất, m;
a: hình chiếu kè h−ớng dòng phía th−ợng l−u lên trục nền đ−ờng, m; b: hình chiếu kè h−ớng dòng phía th−ợng l−u lên đ−ờng pháp tuyến của trục nền đ−ờng, m; iH: độ dốc dòng n−ớc ven theo nền đ−ờng phía hạ l−u, ik =0.50iδ; d: hình chiếu kè h−ớng dòng phía hạ l−u lên đ−ờng pháp tuyến của trục nền đ−ờng, m. Dựa vào hai công thức trên có thể vẽ đ−ợc độ dốc ngang mặt n−ớc tính toán ở phía th−ợng hạ l−u nền đ−ờng. Đ−ờng mặt n−ớc ngang tính toán phải phù hợp với đ−ờng mặt n−ớc ngang thực đo. Nếu không phù hợp thì nhân độ dốc mặt n−ớc ngang tính toán với hệ số điều chỉnh K. - Độ dốc ngang mặt n−ớc phía th−ợng l−u: Ib =ϕiδKb (5 - 44) - Độ dốc ngang mặt n−ớc phía hạ l−u: IH = 0,5iδKh (5- 45) Căn cứ vào độ dốc ngang mặt n−ớc đã điều chỉnh, tìm đ−ợc cao độ vai đ−ờng cần thiết của nền đ−ờng bãi sông theo biện pháp ở Đ7.1. So sánh cao độ này với cao độ vai đ−ờng thực tế, xác định xem có cần thiết tôn cao nền đ−ờng không? Mặt khác tìm đ−ờng mặt n−ớc ngang phía th−ợng hạ l−u men theo nền đ−ờng khi có lũ tính toán và tính đ−ợc chênh lệch mực n−ớc, phía th−ợng hạ l−u. Chênh lệch mực n−ớc này phải nhỏ hơn trị số cho phép (0,9m). Nếu v−ợt quá trị số cho phép, phải mở rộng khẩu độ cầu để giảm bớt chiều cao ứ dềnh. 5.8.3. Kiểm toán xói chung Dựa vào những công thức đã ghi ở ch−ơng IV, kiểm toán chiều sâu xói chung d−ới cầu khi có lũ lịch sử thoát qua, trong lúc tính cần đặc biệt chú ý chiều sâu đ−ờng thuỷ trực h và chiều sâu bình quân hcp ở d−ới cầu tr−ớc khi xói, nên dùng trị số mặt cắt ban đầu tr−ớc khi làm cầu. Nếu không có mặt cắt ban đầu có thể thay bằng mặt cắt thiên nhiên phía hạ l−u. So sánh chiều sâu xói chung, tính bằng các công thức và chiều sâu xói thực đo, trong đó lấy công thức phù hợp với tài liệu thực đo nhất để tính chiều sâu xói chung khi l−u l−ợng thoát qua và kiểm toán hệ số xói: h P = P h Nếu trị số P v−ợt quá qui định, phải xét tới mở rộng khẩu độ cầu. 5.8.4. Kiểm tra xói cục bộ: Tính độ sâu xói cục bộ khi lũ lịch sử thông qua cũng theo các công thức tính xói cục bộ ở ch−ơng IV, rồi so sánh với chiều sâu xói cục bộ thực đo để chọn công thức tính toán phù hợp với thực tế, dựa vào đó tính chiều sâu xói cục bộ ứng với lũ theo tần suất thiết kế.
Dựa vào kết quả tính xói chung và xói cục bộ ứng với lũ thiết kế nh− trên, kiểm tra độ sâu chôn móng hoặc độ dự trữ có đủ không? Nếu không đủ phải dùng biện pháp phòng hộ hoặc mở rộng khẩu độ cầu. 5.8.5. Kiểm tra nền đ−ờng đầu cầu và công trình kè h−ớng dòng: Cầu lớn, cầu trung cũ bị n−ớc phá hỏng, có khi không phải nguyên nhân do không đủ khẩu độ, mà do lòng sông biến đổi, l−u h−ớng thay đổi, dòng chủ xói vào nền đ−ờng. Do đó kiểm tra thuỷ văn cầu lớn, cầu trung, ngoài việc kiểm tra mực n−ớc l−u l−ợng, khẩu độ và chiều sâu xói ra, phải đặc biệt chú ý kiểm tra và diễn biến lòng sông biện pháp bố trí công trình chỉnh trị, phòng hộ nền đ−ờng bãi sông v.v có thích hợp không? Dựa vào bản đồ địa hình và hình vẽ mặt cắt đáy sông thực đo của các lần lũ lịch sử (kể cả nhiều trận lũ phát sinh tr−ớc khi làm cầu) nghiên cứu xu thế và tốc độ phát triển diễn biến lòng sông sau này, quy luật thay đổi bồi cao hoặc xói sâu lòng sông và chiều h−ớng thay đổi l−u h−ớng để phân tích về mực n−ớc, tĩnh không, độ sâu chôn móng công trình chỉnh trị v.v xem có thích hợp với sự thay đổi lòng sông sau này (nh− bồi cao lòng sông và thay đổi l−u h−ớng v.v ). Nếu không thích hợp phải có biện pháp cải thiện nh− mở rộng khẩu độ, xây thêm và gia cố công trình chỉnh trị hoặc tăng c−ờng phòng hộ nền đ−ờng bãi sông v.v Tr−ớc khi cải thiện công trình chỉnh trị và phòng hộ nền đ−ờng bãi sông, phải kiểm tra l−u h−ớng và l−u tốc của lũ thực đo kết hợp với kiểm tra công trình chỉnh trị cũ và phòng hộ nền đ−ờng. Sau đó tính đ−ợc l−u h−ớng, l−u tốc ở trạng thái lũ thiết kế và dựa vào đó để xác định biện pháp xử lý. Tài liệu sử dụng trong Ch−ơng V: [1]. Sổ tay tính toán thuỷ văn cầu đ−ờng (Viện TKGTVT dịch từ bản tiếng Trung Quốc). [2]. Quy định về Khảo sát và Thiết kế các công trình v−ợt sông trên đ−ờng bộ và đ−ờng sắt. Bộ Xây dựng - Vận tải Liên Xô (tr−ớc đây), Matxcơva 1972 (NIMP 72). [3]. Nguyễn Xuân Trục. Thiết kế đ−ờng ô tô, Công trình v−ợt sông (Tập 3). Nhà xuất bản Giáo dục, 2003 (Tái bản lần thứ ba). [4]. Quy phạm tính toán các đặc tr−ng thuỷ văn thiết kế: QPTL –C6-77. [5]. Giáo trình thuỷ văn công trình – Tr−ờng Đại học Thuỷ lợi. [6]. Tiêu chuẩn Việt Nam. Công trình thuỷ lợi và các quy định chủ yếu về thiết kế (TCVN 5060 – 90). [7]. Cẩm nang thuỷ công, Bộ Thuỷ lợi. [8]. Tính toán thuỷ lực kinh tế kỹ thuật các kênh (tài liệu dịch của Liên Xô).
[9]. Giáo trình thuỷ lực. [10]. Tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu cho ruộng lúa của Bộ Thuỷ lợi (14 TCN 60 – 88).
Ch−ơng VI - dự báo quá trình diễn biến lòng sông Đ 6.1. Định nghĩa, nguyên nhân, phân loại diễn biến lòng sông 6.1.1 Định nghĩa Diễn biến lòng sông là những biến đổi về hình dạng, kích th−ớc trên mặt bằng, trên mặt cắt dọc và trên mặt cắt ngang của lòng dẫn d−ới tác động của dòng n−ớc, trong điều kiện tự nhiên hoặc khi có tác động của các yếu tố nhân tạo hay các yếu tố thiên tạo đột xuất. Diễn biến lòng sông có nghĩa rộng và nghĩa hẹp. - Diễn biến lòng sông theo nghĩa rộng là cả quá trình lịch sử hình thành và phát triển lòng sông, bao gồm toàn bộ thung lũng sông. Vấn đề này thuộc phạm trù địa sử học, địa mạo học. - Diễn biến lòng sông theo nghĩa hẹp chỉ hạn chế trong những biến đổi cận đại và bản thân lòng dẫn. Đây là đối t−ợng chính của động lực học dòng sông. Nh−ng những biến đổi cận đại và bản thân lòng dẫn đ−ợc triển khai trên nền các biến đổi lịch sử và của các bộ phận của thung lũng sông. Vì vậy, chúng có mối liên hệ nội tại với nhau. 6.1.2 Nguyên nhân của diễn biến lòng sông Nguyên nhân cơ bản của diễn biến lòng sông là sự mất cân bằng trong tải cát. Trong bất kỳ một đoạn sông nào, hoặc trong bất kỳ một vùng cục bộ nào đó của đoạn sông, d−ới một điều kiện nhất định, dòng chảy có một sức tải cát nhất định. Nếu l−ợng bùn cát đến t−ơng ứng với sức tải cát, thì dòng chảy ở trạng thái tải cát cân bằng, lòng dẫn sẽ không xói cũng không bồi. Khi l−ợng bùn cát đến lớn hơn sức tải cát của dòng chảy, số bùn cát mà dòng chảy không thể mang thêm sẽ đ−ợc bồi lắng dần xuống làm cho lòng dẫn nâng cao. Khi l−ợng bùn cát đến nhỏ hơn sức tải cát của dòng chảy, số bùn cát thiếu hụt sẽ đ−ợc dòng chảy bào xói lòng dẫn để bổ sung, làm cho lòng dẫn hạ thấp. Diễn biến lòng sông cũng nh− các quá trình chuyển động cơ học khác, cân bằng chỉ là t−ơng đối, không cân bằng mới là tuyệt đối. Lòng dẫn, từng giờ, từng phút luôn luôn ở trong trạng thái biến hoá và phát triển. Ngay trong cái gọi là ''cân bằng tải cát'', trong toàn đoạn sông, trong một thời gian nào đó lòng dẫn đ−ợc coi là ổn định, nh−ng ở từng nơi, sóng cát vẫn tồn tại, về thực chất tải cát vẫn không cân bằng.
6.1.3 Phân loại diễn biến lòng sông Khi phân tích diễn biến lòng sông th−ờng chia ra diễn biến trên mặt bằng, diễn biến trên mặt cắt dọc, diễn biến trên mặt cắt ngang, nh−ng thực chất ba loại này đan xen nhau, ảnh h−ởng lẫn nhau, khống chế lẫn nhau. a. Diễn biến trên mặt cắt ngang: là do sự mất cân bằng tải cát ph−ơng ngang gây nên. Sự mất cân bằng tải cát trên ph−ơng ngang chính là do hoàn l−u. Khi trong dòng chảy tồn tại hoàn l−u, dòng n−ớc mặt không đi theo ph−ơng chuyển động chung mà chảy xiên sang một bờ, còn dòng n−ớc đáy thì chuyển động sang một bờ khác, ng−ợc với dòng n−ớc mặt. Bờ có dòng n−ớc mặt xô vào thì bị xói, bờ tiếp nhận dòng n−ớc đáy thì đ−ợc bồi. Ngoài hoàn l−u ra, sóng cát cũng tạo ra chuyển dịch bùn cát theo ph−ơng ngang. b. Diễn biến mặt bằng: chủ yếu là sự dịch chuyển trên mặt bằng, đ−ờng bờ, của lạch sâu, của các khối bồi lắng, có khi là liên tục, có khi là đột biến, có khi là có chu kỳ do chịu tác động tổng hợp rất nhiều yếu tố. c. Diễn biến mặt cắt dọc: là do sự mất cân bằng trong tải cát ph−ơng dọc, có nguyên nhân từ thiên nhiên nh− sự thay đổi theo thời gian và theo dọc đ−ờng của l−ợng bùn cát, sự thay đổi dọc đ−ờng của độ dốc và chiều rộng thung lũng sông, sự nâng lên hạ xuống của vỏ trái đất, của mực n−ớc biển v.v cũng có nguyên nhân từ con ng−ời nh− xây dựng các đập ngăn sông, các công trình chỉnh trị. d. Trên quan điểm thời gian và ph−ơng h−ớng phát triển, có thể chia ra diễn biến đơn h−ớng trong thời gian dài và diễn biến có tính chất chu kỳ trong thời gian ngắn. - Diễn biến đơn h−ớng trong thời gian dài nh− lòng sông miền núi ngày càng hạ thấp, lòng sông đồng bằng ngày càng nâng cao, tam giác châu ngày càng kéo dài ra biển v.v Loại biến hình này tiến hành chậm chạp, thông th−ờng khi giải quyết các vấn đề công trình có thể không xét đến, trừ những tr−ờng hợp đặc biệt. - Diễn biến có tính chất chu kỳ nh− sự nâng lên hạ xuống của cao trình ng−ỡng cạn trong một năm; sự hình thành, phát triển và suy vong của các đoạn cong, đoạn phân lạch; chuyển động của sóng cát v.v trong quá trình phát triển, hình thái sông th−ờng dao động quanh một vị trí trung bình, nh−ng không phải lặp lại một cách máy móc trở về hoàn toàn trạng thái cũ. Diễn biến chu kỳ diễn ra nhanh chóng, ảnh h−ởng lớn đến mọi hoạt động kinh tế của con ng−ời, nên cần đặc biệt chú ý. 6.1.4. Các yếu tố ảnh h−ởng đến diễn biến lòng sông Các yếu tố ảnh h−ởng đến diễn biến lòng sông rất phức tạp, có thể nêu lên các yếu tố chủ yếu sau:
a. ảnh h−ởng đến quá trình lịch sử hình thành lòng sông bao gồm: Vận động cấu tạo của vỏ trái đất, tác dụng của dòng chảy, tác dụng của khí hậu, thời tiết. Trong đó, tác dụng của dòng chảy là chủ yếu. Các yếu tố khác không thể tác dụng riêng rẽ để hình thành dòng sông, mà chỉ phối hợp hỗ trợ cho dòng chảy. b. ảnh h−ởng đến diễn biến lòng sông hiện tại bao gồm: - L−ợng n−ớc đến và chế độ phân phối của nó; - L−ợng cát đến và chế độ phân phối của nó; - Độ dốc thung lũng sông; - Tình hình địa chất; - Các hoạt động của con ng−ời. Đ 6.2. Các yếu tố đặc tr−ng hình thái sông Bề mặt các lục địa đ−ợc chia thành vô số những l−u vực sông lớn, nhỏ khác nhau. Đáy của mỗi l−u vực, phần có dòng n−ớc chảy giữa 2 đ−ờng bờ là lòng dẫn cơ sở của dòng sông. Phần l−u vực cao hơn, tiếp giáp với lòng dẫn cơ sở, tham gia vào việc dung nạp và thoát n−ớc trong mùa lũ đ−ợc gọi là bãi sông (hay thềm sông) Một con sông có nơi bắt nguồn và cửa sông. Nơi bắt nguồn có thể là từ các khe, suối vùng rừng núi, có thể là từ một con sông khác lớn hơn. Cửa sông có thể là nơi hợp l−u với một con sông khác, có thể là nơi đổ vào hồ, vào biển. Sông mà dòng n−ớc của nó đổ vào một con sông khác lớn hơn, thì gọi là phụ l−u. Sông mà dòng n−ớc của nó bắt nguồn từ con sông khác thì gọi là chi l−u. Có những con sông là chi l−u của sông này, nh−ng lại là phụ l−u của sông khác. Nh− sông Đuống, sông Luộc là những chi l−u của sông Hồng, nh−ng đều là phụ l−u của sông Thái Bình. Sông Đào là chi l−u của sông Hồng, nh−ng là phụ l−u của sông Đáy. Từ nguồn nhìn về phía cửa, tức là nhìn xuôi theo chiều dòng n−ớc, phía tay trái ng−ời nhìn là bờ trái (tả ngạn), phía tay phải ng−ời nhìn là bờ phải (hữu ngạn); phía sau l−ng là th−ợng l−u, phía tr−ớc mặt là hạ l−u. Không nên lầm lẫn giữa th−ợng l−u, hạ l−u với th−ợng du, hạ du. Th−ợng, hạ l−u là thuật ngữ dùng để phân chia hai phía của một mặt cắt phân giới; còn th−ợng, hạ du và cả trung du nữa là cách phân đoạn ba phần từ nguồn đến cửa của một con sông, mà th−ờng là đối với những con sông chảy qua 3 vùng: vùng rừng núi, vùng gò đồi và vùng đồng bằng. Nh−ng th−ợng, hạ du cũng có thể hiểu theo nghĩa là phần sông từ một vị trí nào đó lên nguồn hoặc xuống cửa, còn th−ợng hạ l−u th−ờng chỉ một đoạn sát trên, hoặc sát d−ới công trình. Các đặc tr−ng hình thái của một con sông bao gồm: loại hình sông, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc và tuyến chảy trên mặt bằng cùng các khối bồi lắng trong lòng sông. Chúng ta lần l−ợt điểm qua các đặc tr−ng đó.
6.2.1. Phân loại sông Có nhiều cách phân loại sông, tùy theo quan điểm và chỉ tiêu đặt ra của nhà nghiên cứu. Theo diện tích l−u vực có thể chia ra thành sông lớn, sông nhỏ; theo chế độ dòng chảy và vùng địa lý đi qua có thể chia ra sông vùng núi, sông vùng trung du và sông vùng đồng bằng; theo tính chất diễn biến của hình thái lòng sông mà có thể chia ra sông ổn định và sông không ổn định ở đây chúng ta quan tâm đến cách phân loại để xác định loại hình lòng sông, phục vụ cho thiết kế, thi công và khai thác các công trình cầu qua sông. Lòng dẫn do dòng n−ớc thiên nhiên tạo ra có hình thái rất phức tạp. Chúng th−ờng có tuyến quanh co, uốn khúc trên mặt bằng, kích th−ớc ngang (chiều rộng, độ sâu) thay đổi với một biên độ khá lớn. Mặt cắt ngang lòng dẫn th−ờng không đối xứng, mặt cắt dọc có độ dốc thay đổi dọc đ−ờng. Sự phức tạp, không quy tắc của lòng dẫn tạo ra sự phức tạp, tính không gian của dòng n−ớc trong đó. Mặc dù các yếu tố ngẫu nhiên có một vai trò quan trọng trong sự hình thành và phát triển của lòng sông, nh−ng hình dạng cơ bản của nó vẫn đ−ợc quyết định bởi những yếu tố tất nhiên. Vì vậy, từ tính chất muôn hình muôn vẻ của dòng sông, các nhà khoa học đã dựa vào những chỉ tiêu, quan điểm của mình để phân chia lòng sông thành một số loại hình cơ bản. Sự phân chia loại hình lòng sông không đặt ra cho toàn bộ chiều dài từ nguồn đến cửa một con sông, mà đặt ra cho từng đoạn sông ngắn. Dựa trên hình dạng mặt cắt lòng sông giữa hai đ−ờng mép bãi và tính chất của quá trình diễn biến trong vùng đồng bằng trầm tích, ng−ời ta chia lòng sông thành 3 loại hình cơ bản sau: đoạn sông thẳng, đơn lạch; đoạn sông phân lạch và đoạn sông uốn khúc. a. Đoạn sông thẳng, đơn lạch: Đặc điểm ngoại hình của đoạn sông này là có các khối bồi lắng liền bờ (bãi bên) sắp xếp so le hai bên. Mùa kiệt, dòng chảy quanh co giữa các bãi bên so le đó. Nh−ng mùa n−ớc trung, khi n−ớc ngập bãi bên, dòng chảy có đ−ờng viền t−ơng đối thẳng, và khi đó các bãi bên di chuyển, bò dần về hạ l−u, để đổi chỗ cho lạch sâu (hình 6-1 cho ví dụ về một đoạn sông thẳng, đơn lạch). Hình 6-1: Đoạn sông thẳng, đơn lạch
b. Đoạn sông phân lạch Đoạn sông phân lạch th−ờng xuất hiện trên các sông t−ơng đối lớn. Đặc điểm nổi bật của đoạn sông này là trên mặt bằng có đ−ờng viền hình dạ dày, thắt nút hai đầu và phình rộng ở giữa. Nơi phình rộng sông chia làm nhiều lạch, th−ờng là 2 ữ 3 lạch, trong đó có một lạch chính, giữa các lạch là bãi giữa. Bãi giữa th−ờng có cao trình ngang bãi sông, ngập trong mùa lũ, lộ ra trong mùa n−ớc trung và kiệt. Trên mặt bãi giữa có thể có thực vật sinh tr−ởng, thậm chí có làng xóm, dân c−. Ví dụ đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội là đoạn sông phân lạch, có bãi giữa là Trung Hà. Hình 6-2 thể hiện một đoạn sông phân 2 lạch điển hình. Hình 6-2: Đoạn sông phân lạch Khi trong đoạn sông chia ra rất nhiều lạch, bãi giữa là những cồn cát non, phân bố tản mạn, lạch chính không ổn định, thì gọi là đoạn sông du đãng. Hạ du sông Hoàng (Trung Quốc) là một đoạn sông du đãng nổi tiếng (xem hình 6-3). Hình 6-3: Đoạn sông du đãng c. Đoạn sông uốn khúc Đoạn sông uốn khúc tồn tại phổ biến nhất, bất cứ sông lớn, hay sông nhỏ. Tuyến dòng chảy mùa n−ớc trung có dạng đồ thị hình sin, gồm nhiều khúc cong nối tiếp nhau. Trong một khúc cong, có bờ lõm, bờ lồi. Bờ lõm th−ờng dốc, có lạch sâu ép sát. Bờ lồi th−ờng thoải, có bãi bên hình l−ỡi trai. Giữa hai khúc cong ng−ợc chiều liền nhau là đoạn thẳng chuyển tiếp, có ng−ỡng cạn hình yên ngựa. Khúc
cong có chiều dài lớn, bán kính cong bé, tạo thành hình nút thắt với eo sông hẹp, thì gọi là vòng sông. Hình 6-4a thể hiện một đoạn sông uốn khúc, hình 6-4b thể hiện một vòng sông. Hình 6-4: a) Đoạn sông Hồng từ Hà Nội đến H−ng Yên; b) Vòng sông Hữu Chung trên sông Luộc. Chú ý rằng, sự phân loại trên thích hợp trong điều kiện vận động hoàn toàn tự do của dòng sông, không bị c−ỡng bức tự nhiên hoặc nhân tạo. Đối với một đoạn sông, loại hình sông có thể chuyển đổi khi có sự thay đổi lớn của các điều kiện ảnh h−ởng. Sự chuyển đổi diễn ra theo một quá trình và có thể theo một chu kỳ nào đó. 6.2.2. Các yếu tố trên mặt cắt ngang Mặt cắt ngang lòng sông đ−ợc tạo thành do kết quả của quá trình tác động t−ơng hỗ giữa dòng n−ớc và lòng dẫn với các điều kiện địa hình, địa chất của nó, chịu ảnh h−ởng rất lớn của hình dạng và cấu trúc thung lũng sông. a. ở vùng rừng núi Nơi dòng chảy tạo lòng sông bằng tác dụng chủ yếu là cắt gọt, xâm thực địa hình nguyên sinh, thì mặt cắt ngang th−ờng có hình dạng chữ V hoặc chữ U phát triển không hoàn toàn nh− hình 6-5 thể hiện.
Hình 6-5: Mặt cắt ngang lòng sông miền núi Trong tr−ờng hợp này, hai bờ sông th−ờng dốc, mặt dốc thẳng hoặc cong. ở nơi có địa chất phân tầng và tính năng chống xói khác nhau, xuất hiện mặt cắt ngang dạng bậc thang, giữa có đáy và bờ không có ranh giới rõ rệt. Mặt cắt ngang lòng sông miền núi có mặt n−ớc hẹp, giữa các mùa n−ớc lòng sông th−ờng không có phân giới địa hình. Trong một số đoạn có bãi bên bằng cuội, sỏi. Mực n−ớc mùa kiệt th−ờng ngang với cao trình đỉnh bãi cuội, sỏi đó. Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu trong mặt cắt ngang sông vùng núi th−ờng nhỏ xa 100, có chỗ chỉ 10 ữ 20. Tỷ lệ đó, ở nơi thung lũng hẹp th−ờng giảm nhỏ khi mực n−ớc lên cao, ở những nơi khác không thay đổi nhiều, khi mực n−ớc lên xuống. b. ở vùng đồng bằng trầm tích Mặt cắt ngang thung lũng sông th−ờng có độ dốc thoải, dốc và đáy khó phân biệt, chỉ nhận thấy phân giới ở những vùng hẹp. Các yếu tố mặt cắt ngang dòng sông đồng bằng đ−ợc thể hiện trên hình 6-6. Đặc điểm rõ nhất của mặt cắt ngang sông đồng bằng là có thềm bãi sông rộng, chỉ bị ngập trong mùa lũ. Trong thời gian n−ớc lũ tràn bãi, bùn cát bồi lắng tập trung ở dải gần bờ, nên mặt bãi có độ dốc ngang: sát bờ địa thế cao nh− một tuyến đê tự nhiên, càng xa mặt bãi càng thấp, hình thành vùng ao hồ, đầm lầy.
1.2.3 - Mực n−ớc mùa lũ, mùa trung, mùa kiệt; 4 - Dốc thung lũng dạng bậc trầm tích; 5 - Phân giới giữa dốc thung lũng và bãi sông; 6 - Bãi sông; 7 - Bãi bên; 8 - Mép bờ ; 9 - Đê; 10 - Tầng trầm tích; 11 - Đá gốc. Hình 6-6: Mặt cắt ngang sông đồng bằng Trên mặt cắt ngang lòng sông đồng bằng có thể nhận biết các cấp bậc lòng sông mùa n−ớc. Cao trình mép bãi bên ngang với mực n−ớc mùa kiệt; cao trình thềm bãi sông ngang với mực n−ớc mùa trung (ứng với l−u l−ợng tạo lòng); mùa lũ, mực n−ớc cao hơn mặt bãi sông, nếu có đê, dòng n−ớc chảy giữa hai tuyến đê. Phần lòng sông d−ới mực n−ớc mùa kiệt gọi là lòng sông mùa kiệt, phần lòng sông giữa mực n−ớc kiệt và cao trình mặt bãi sông gọi là lòng sông mùa n−ớc trung, phần lòng sông trên mặt bãi sông gọi là lòng sông mùa lũ. Chú ý rằng, mặt cắt ngang đ−ợc xác định vuông góc với ph−ơng dòng chảy, nhìn từ th−ợng l−u về hạ l−u. Vì vậy, ở những đoạn sông phân lạch, mặt cắt ngang có thể không cùng nằm trên một đ−ờng thẳng mà trên một đ−ờng gẫy khúc. Mặt cắt ngang đ−ợc vẽ trên cơ sở những số liệu đo đạc định kỳ tại các mặt cắt cố định hoặc từ các bình đồ có điểm đo đủ dày, tỷ lệ 1:5000 hoặc lớn hơn. Mặt cắt ngang lòng sông th−ờng có hình dạng phức tạp, độ sâu biến đổi nhiều trên ph−ơng ngang. Độ sâu trung bình mặt cắt d−ới một mực n−ớc nào đó
đ−ợc tính bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt −ớt và chiều rộng mặt n−ớc hợp lý. ở những đoạn sông rộng và nông, độ sâu trung bình th−ờng đ−ợc dùng để thay thế cho bán kính thủy lực trong tính toán gần đúng. 6.2.3. Các yếu tố trên mặt bằng Mặt bằng lòng sông đ−ợc thể hiện trên các bình đồ khảo sát theo các tỷ lệ quy định, đ−ợc xác định bằng các đ−ờng đồng mức địa hình (theo một hệ thống cao đạc chuẩn), trên n−ớc và d−ới n−ớc. Trong bình đồ để nghiên cứu lòng sông, đ−ờng đồng mức có độ chênh cao lớn nhất là 1 m. Các yếu tố trên mặt bằng của lòng sông bao gồm: Đ−ờng trũng, trục động lực, chiều dài, hệ số uốn khúc, bán kính cong các khối bồi lắng và lạch sâu. a. Đ−ờng trũng là đ−ờng cong trơn thuận, đi qua các điểm thấp nhất của đáy sông theo lạch chính. b. Trục động lực là đ−ờng cong nối các điểm có l−u tốc trung bình thủy trực lớn nhất qua các mặt cắt, th−ờng đ−ợc coi là gần đúng theo đ−ờng có l−u tốc mặt lớn nhất. Trục động lực th−ờng bám sát đ−ờng trũng, nh−ng có những nơi tách rời nhau, vì ngoài yếu tố độ sâu, l−u tốc còn phụ thuộc độ dốc và hệ số nhám. Các mùa n−ớc khác nhau có trục động lực khác nhau, có khi lệch xa nhau khá xa, thậm chí gần vuông góc với nhau. c. Chiều dài của đoạn sông th−ờng đ−ợc tính theo đ−ờng trũng (trong mùa lũ th−ờng tính theo chiều dài tuyến đê). d. Tỷ số giữa chiều dài của đoạn sông và chiều dài đoạn thẳng nối trực tiếp hai điểm đầu và cuối của đoạn sông gọi là hệ số uốn khúc. Trong một khúc cong, hệ số uốn khúc lớn hơn 3 đ−ợc gọi là vòng sông. e. Bán kính cong có ý nghĩa trong đ−ờng thủy là bán kính cong của đ−ờng tim lạch tầu, th−ờng đ−ợc thay bằng bán kính cong đ−ờng trũng tại đỉnh cong. Khi nghiên cứu quan hệ hình thái lòng sông, bán kính cong th−ờng đo theo trục hình học lòng sông, tức là đ−ờng chia đôi chiều rộng mặt n−ớc ngang thềm bãi sông. f. Phần lòng sông thấp hơn độ sâu trung bình mặt cắt toàn đoạn thì gọi là lạch sâu. Trên bình đồ th−ờng đ−ợc nhận ra bởi các đ−ờng đồng mức khép kín có mật độ dày. Trên các sơ đồ, khu vực lạch sâu th−ờng đ−ợc gạch chéo. Trên cùng một mặt cắt ngang có thể có nhiều lạch sâu, nh−ng chỉ có một lạch sâu nằm trên đ−ờng trũng, gọi là lạch sâu chính. Lạch sâu chính không nhất thiết là lạch có độ sâu lớn nhất. Trong các tr−ờng hợp nh− trong hình 6-7 thể hiện, các đoạn lạch sâu không nằm trên đ−ờng trũng gọi là lạch thừa hoặc lạch cụt.
2 1 1 2 1 1 - Lạch sâu chính; 2 - Lạch thừa. Hình 6-7: Lạch sâu chính và lạch thừa g. Các khối bồi lắng liền một phía bờ, cao trình thấp, ít có thực vật sinh tr−ởng gọi là bãi bên. Hầu hết bãi bên có đ−ờng viền ngoài cong thoải nh− hình l−ỡi trai. Khi bãi bên có phần ngoài nhỏ hẹp kéo dài song song với bờ, nh−ng không liền 3 bờ nh− trong hình 3-8 thể hiện thì gọi là doi 2 cát. 4 h. Các khối bồi lắng giữa hai lạch sâu 1 và không liền bờ gọi là bãi giữa. Bãi giữa có cao trình thấp, ngang với cao trình bãi bên không có thực vật sinh tr−ởng thì gọi là bãi giữa non. Bãi giữa có cao trình ngang với bãi 1- Doi cát; 2- Bãi bên; 3- Bãi giữa; 4- Ng−ỡng cạn. tràn hai bên bờ, có thực vật sinh tr−ởng gọi là bãi đảo. Hình 6-8: Doi cát i. Các khối bồi lắng nối liền hai bờ, hoặc nối liền một bờ và bãi giữa, hoặc nối liền hai bãi bên, ngăn cách hai lạch sâu th−ợng, hạ l−u, gọi là ng−ỡng cạn. Ng−ỡng cạn có nhiều loại, sẽ đ−ợc thảo luận chi tiết ở các phần sau. Trong sơ đồ, các khối bồi lắng đ−ợc biểu thị bằng vùng các dấu chấm nhỏ. 6.2.4. Các yếu tố trên mặt cắt dọc Mặt cắt dọc lòng sông đ−ợc vẽ theo đ−ờng trũng. Đ−ờng đáy sông vẽ chi tiết thì rất phức tạp, cao trình biến đổi trong một biên độ rất lớn, có khi hàng chục mét, vực sâu đỉnh cạn xen kẽ nhau theo hình răng c−a không đều. Nếu vẽ mặt cắt dọc lòng sông từ nguồn đến cửa, đáy sông trung bình có dạng một đ−ờng cong lõm nh− hình 6 - 9 thể hiện. Độ dốc dọc đáy sông ở vùng đầu nguồn rất lớn và giảm dần về hạ du. Do đó, sông th−ợng du (vùng I) quá trình xói sâu chiếm −u thế, sông vùng hạ du (vùng III) quá trình bồi đắp chiếm −u thế, sông vùng trung du (vùng II), t−ơng đối ổn định. Z(m) MNMực mùan−ớc mùa lũ lũ z MNMực nmùa−ớc mùa kiệt kiệt 2 1 0 0 l
1 - Đ−ờng đáy đ−ờng sông thực tế một đoạn sông; 2 - Đ−ờng đáy sông trung bình từ nguồn đến cửa. Hình 6-9: Mặt cắt dọc lòng sông Địa hình và cấu tạo địa chất của đáy có thể đ−a đến những đột biến ra khỏi đ−ờng cong liên tục, tạo ra thác, ghềnh. Những công trình nhân tạo nh− đập n−ớc, công trình thủy cũng có thể gây ra những biến đổi lớn trên mặt cắt dọc sông. Một mặt cắt dọc sông nào đó đ−ợc hình thành trên cơ sở một mặt chuẩn xâm thực. Mặt chuẩn xâm thực th−ờng đ−ợc xác định bằng mực n−ớc trung bình ở cửa sông, hoặc những ch−ớng ngại tự nhiên trên sông. Mặt chuẩn xâm thực thay đổi, thì mặt cắt dọc lòng sông này thay đổi. Mặt chuẩn xâm thực hạ thấp thì sẽ sản sinh quá trình xói ng−ợc dòng. Ng−ợc lại, mặt chuẩn xâm thực nâng lên thì sẽ sản sinh quá trình bồi lắng để tái tạo trạng thái cân bằng mới. Hình vẽ một mặt cắt dọc th−ờng bao gồm đ−ờng đáy sông, các đ−ờng mặt n−ớc đặc tr−ng có thể có đ−ờng bờ, hoặc đ−ờng đỉnh đê, có vẽ h−ớng dòng chảy từ trái sang phải. Đ 6.3. Tính chất của diễn biến lòng sông Diễn biến lòng sông vô cùng phức tạp, đa dạng, cần nghiên cứu từ nhiều ph−ơng h−ớng: thủy văn, thủy hình thái, thủy động lực học và tr−ớc hết là cần xây dựng một sơ đồ khoa học chi tiết cho các quá trình đó. Các nhà nghiên cứu khác nhau, trong các thời kỳ khác nhau, đã có những nhận xét tổng quan về tính chất của diễn biến lòng sông. Những nhận xét quan trọng có thể tập hợp thành 5 điểm đ−ợc trình bày d−ới đây. 6.3.1. Tác động giữa dòng n−ớc và lòng dẫn là t−ơng hỗ Có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau: Dòng n−ớc Lòng dẫn Chuyển động của dòng n−ớc trong lòng sông luôn luôn quyết định trạng thái của lòng sông đó: độ dốc trung bình đáy, kích th−ớc và hình dạng mặt cắt ngang, đ−ờng viền trên mặt bằng, độ nhám đáy và bờ. Mặt khác, lòng dẫn với địa hình và độ nhám của nó do dòng chảy tạo ra lại không ngừng tác động trở lại làm thay đổi kết cấu dòng chảy. Hai quá trình này diễn ra không ngừng để tạo ra một
thế cân bằng động. Yếu tố tích cực trong khối mâu thuẫn thống nhất này là dòng n−ớc. 6.3.2. Tính hạn chế của các tổ hợp yếu tố tự nhiên trong diễn biến lòng sông Quá trình lâu dài của sự tác động t−ơng hỗ giữa môi tr−ờng n−ớc chuyển động và môi tr−ờng rắn hạt rời đã tác động một cách có lựa chọn đến các trạng thái chuyển động có thể xảy ra. Một số trong các thông số chuyển động, trong quá trình phát triển lòng sông, bị làm yếu đi, trong khi đó một số thông số khác xác lập đ−ợc mối quan hệ nào đó. Kết quả là, trong thực tế chỉ tồn tại một số dạng lòng sông nhất định. Ví dụ: tất cả lòng sông thiên nhiên đều có chiều rộng lớn hơn nhiều so với chiều sâu; tất cả cồn cát đáy trong sông đều có mặt đón n−ớc thoải, mặt khuất n−ớc dốc; l−u tốc dòng chảy trong sông đồng bằng chỉ hạn chế trong khoảng 0,5 ữ 1,5m/s v.v 6.3.3. Tính không liên tục trong diễn biến lòng sông Chuyển động bùn cát tạo lòng đ−ợc tiến hành chủ yếu bằng cách dịch chuyển không liên tục của các khối bồi lắng: sóng cát, bãi bồi, ng−ỡng cạn, bãi giữa, doi cát v.v 6.3.4. Sự biến hình lòng dẫn luôn luôn đi sau sự thay đổi của dòng n−ớc Quá trình lòng sông diễn ra chậm chạp. Những biến đổi có thể nhận biết của hình dạng lòng sông đ−ợc diễn ra trong thời đoạn lớn hơn so với chiều dài của pha dao động dòng chảy. Vì vậy trong lòng dẫn luôn luôn có những dấu vết của pha dao động dòng chảy tr−ớc đó. Dấu vết của dòng chảy mùa cạn có thể bị xóa trong mùa lũ tiếp đó, nh−ng những dấu vết của dòng chảy mùa lũ không thể xóa đi trong mùa n−ớc cạn sau đó. 6.3.5. Tính tự điều chỉnh trong diễn biến lòng sông Sau khi lòng dẫn biến đổi, xói hoặc bồi, điều kiện dòng chảy sẽ có những thay đổi t−ơng ứng, làm cho sức tải cát của dòng chảy cũng thay đổi theo. Kết quả bồi lắng sẽ làm cho mặt cắt lòng dẫn tại đoạn sông đó thu nhỏ, độ dốc tăng lên. Tại đoạn sông phía trên do n−ớc dâng, diện tích mặt cắt tăng lên, độ dốc giảm nhỏ. Vì vậy l−ợng bùn cát đến sẽ giảm, trong lúc sức tải cát tăng lên, lòng dẫn sẽ phát triển theo xu thế giảm nhỏ, đi đến ngăn chặn bồi lắng tiếp tục. Kết quả bào xói sẽ làm cho mặt cắt lòng dẫn tại đoạn sông nghiên cứu mở rộng, độ dốc giảm nhỏ. Tại đoạn th−ợng l−u do mực n−ớc hạ thấp, diện tích mặt cắt −ớt giảm nhỏ, độ dốc tăng lên, và vì vậy l−ợng bùn cát đến sẽ tăng lên trong lúc sức tải cát giảm xuống. Lòng dẫn sẽ phát triển theo xu thế hạn chế, đi đến ngăn chặn không cho bào xói tiếp tục. Nói tóm lại, những biến hình lòng dẫn do tải cát không cân bằng tạo ra sẽ phát triển theo xu thế chấm dứt biến hình, h−ớng đến tình thế cân bằng tải cát.
Đ 6.4. Ph−ơng trình biến hình lòng sông Những ph−ơng trình về quy luật chuyển động của dòng n−ớc, rồi của chuyển động bùn cát, lẽ ra đã có thể giải quyết những vấn đề của động lực dòng sông, nếu lòng dẫn không thay đổi. Độ biến động của lòng dẫn buộc chúng ta phải đ−a vào trong thành phần các ph−ơng trình động lực học dòng sông một điều kiện biên đặc biệt để xác lập quan hệ giữa sự biến đổi của lòng dẫn và chuyển động của bùn cát. Điều kiện biên này đ−ợc gọi là ph−ơng trình biến hình lòng sông, nó thực chất là một ph−ơng trình liên tục của chuyển động bùn cát. Lấy từ một đoạn sông, một lăng thể dòng chảy dài dx, rộng dy và độ sâu h = z' - z0 nh− hình 6-10 thể hiện để khảo sát điều kiện cân bằng bùn cát. 6.4.1. Khảo sát trong hệ tọa độ vuông góc [3] Ta xét tr−ờng hợp chuyển động dòng chảy ổn định, một chiều và biến đổi dần. Tr−ớc hết, giả thiết rằng chỉ có chuyển q động bùn cát theo ph−ơng dọc, không có chuyển s động bùn cát theo ph−ơng ngang. L−u l−ợng bùn ∂q h q + s dx cát ở đây đ−ợc hiểu rằng là l−ợng vận chuyển bùn s ∂x cát tổng cộng của bùn cát đáy và bùn cát lơ lửng. L−u l−ợng bùn cát đi qua mặt th−ợng l−u dz 12 vào lăng thể qsdy, trong đó qs là l−u l−ợng đơn vị o của bùn cát. L−u l−ợng bùn cát từ lăng thể đi qua o ⎛⎞∂qs dx mặt hạ l−u là ⎜⎟qs + dx dy . ⎝⎠∂x Hình 6-10: Sơ đồ để thành lập ph−ơng trình Trong quãng thời gian dt, hiệu số giữa thể tích bùn cát vào và ra khỏi lăng thể là: ⎡⎤⎛⎞∂∂qqss ⎢⎥qqss−+⎜⎟dx dydt =− dxdydt ⎣⎦⎝⎠∂∂xx Hiệu số này phải bằng sự biến đổi của thể tích bùn cát d−ới đáy của lăng thể D1 cộng với sự biến đổi của thể tích bùn cát ở trạng thái lơ lửng trong lăng thể D2. ∂z D=−ε (1 )dz dxdy =−ε(1 )0 dtdxdy , 10 ∂t trong đó: ε là hệ số rỗng của bùn cát ở đáy. ∂(hs) Ddtdxd= y , 2 ∂t trong đó: S là hàm l−ợng bùn cát trung bình trên ph−ơng thẳng đứng.
∂∂qz∂(hs) Vì vậy: −=−ε+s0dxdydt (1 ) dxdydt dxdydt . ∂∂∂xtt Chia tất cả cho dxdydt, đ−a tất cả số hạng về bên trái ta có: ∂∂qz∂(hs) s0+−ε(1 ) + = 0 ∂∂∂xtt (6-1) Ph−ơng trình này biểu thị d−ới dạng vi phân quan hệ giữa biến hình đáy và chuyển động bùn cát, chính là ph−ơng trình tổng quát của biến hình lòng sông. Trong điều kiện hàm l−ợng bùn cát lơ lửng nhỏ, hoặc không biến đổi theo thời ∂(hs) gian, có thể bỏ qua số hạng . ∂t 6.4.2. Khảo sát trong hệ tọa độ tự nhiên [3] Khi tiến hành tính toán cho lòng sông thiên nhiên, tiện lợi nhất là sử dụng hệ tọa độ tự nhiên l, b. Nếu mặt bằng dòng chảy là uốn khúc, lại cần xét đến sự chuyển động ph−ơng ngang của bùn cát. Trong tr−ờng hợp không xét đến sự thay đổi theo thời gian của bùn cát lơ lửng ta có: ∂∂qq ∂ z sl±+−ε= sb(1 ) 0 0 (6-2) ∂∂lb ∂ t Trong đó qsl và qsb là thành phần theo ph−ơng dọc và ph−ơng ngang của l−u dq l−ợng bùn cát. Dấu cộng tr−ớc đạo hàm sb t−ơng ứng với sự di chuyển ngang db của bùn cát theo chiều d−ơng của trục b, dấu trừ t−ơng ứng với chiều âm trục b. Tích phân ph−ơng trình (6-2) theo b trong phạm vi giữa 2 đ−ờng dòng của mặt bằng dòng chảy Δb = bi+1 - bi; và bỏ qua sự biến đổi của độ cao theo ph−ơng ngang của đáy, ta có: ∂Δ(Q) ∂ z sl±[]q (b )−+−εΔ=q (b ) (1 ) b 0 0 ∂∂ltsb i+ 1 sb i (6-3) trong đó: ΔQsl : l−u l−ợng bùn cát theo ph−ơng dọc trong bó dòng; qsb(bi + 1), qsb(bi): l−u l−ợng đơn vị của bùn cát theo ph−ơng ngang tại đ−ờng dòng i + l và đ−ờng dòng i; l: trục đối xứng theo bó dòng.
Xét rằng trị số qsb cũng không lớn và khó tính toán, trong thực tế, biến hình trên mặt phẳng của lòng dẫn có thể sử dụng ph−ơng trình biến hình ở dạng đơn giản sau: ∂Δ(Q) ∂ z s0+(1−ε ) Δ b = 0 ∂∂lt (6-4) Trong ph−ơng trình này chỉ số 1 trong l−u l−ợng bùn cát đ−ợc l−ợc bỏ. Để thu đ−ợc ph−ơng trình biến hình cho toàn dòng, cần tích phân ph−ơng trình (6-2) theo ph−ơng ngang từ mép n−ớc bờ này sang mép n−ớc bờ kia. Bỏ qua sự thay đổi cao trình đáy trên ph−ơng ngang mặt cắt là không nên. Nh−ng điều đó kéo theo sự cần thiết phải chú ý đến cả sự thay đổi chiều rộng mặt n−ớc theo thời gian. Ký hiệu cận trên và d−ới của tích phân là b1(t) và b2(t) và cao trình đáy ở các điểm mép n−ớc chính là bằng cao trình mặt n−ớc: Z0 (b1) = Z0 (b2) = Z’(t) dz Kết quả tích phân theo b của đạo hàm 0 đ−ợc biểu thị nh− sau: dt b(t)22 b ∂z0 ∂∂ ∂∂B ∫∫=−−=−z021oa db Z (b b ) (BZ ) Z' ∂∂tt ∂ t ∂ t ∂ t b(t)11 b 1 b2 trong đó, Zzdboa= ∫ 0 là cao trình trung bình đáy trên mặt cắt ngang. B b1 Do hiệu Z' - Zoa là độ sâu trung bình dòng chảy ha nên có thể viết: b(t)2 ∂∂zZ0oa∂B ∫ =−Bha ∂∂∂ttt b(t)1 Với kết quả đó, ta có ph−ơng trình biến hình cho toàn dòng với dạng sau: ∂∂QZsoa⎛⎞∂B +−ε(1 )⎜⎟ B − ha = 0 ∂∂∂ltt⎝⎠ (6-5) trong đó, Qs là l−u l−ợng bùn cát cho toàn dòng. ∂∂ωB ∂∂−h(Z'Z) ∂ω Vì: =−BBaoa =− ∂∂tt ∂ t ∂ t ∂ t trong đó, ω = Bha là diện tích mặt cắt −ớt, do đó (6-5) đ−ợc viết thành: ∂Qs ⎛⎞∂∂ωZ' +−ε(1 )⎜⎟ B + = 0 ∂∂∂ltt⎝⎠ (6-6)
∂B Đạo hàm có thể khác không, do biến hình bờ cũng nh− sự lên xuống ∂t của mực n−ớc. Trong điều kiện có biến hình bờ, ph−ơng trình biến hình một chiều nên bổ sung thêm số hạng biểu thị sự xâm nhập của bùn cát từ 2 bờ vào dòng chảy, và ph−ơng trình (6-6) biến thành: ∂Qs ⎛⎞∂∂ωZ' −+−εqsb (1 )⎜⎟ B + = 0 ∂∂∂ltt⎝⎠ (6-7) trong đó, qsb ≥ 0 là thể tích bùn cát từ 2 bờ đi vào dòng chảy trong một đơn vị thời gian trên 1 đơn vị chiều dài lòng dẫn. Trong một kích th−ớc xác định của hạt bùn cát, l−u l−ợng bùn cát đáy hầu nh− hoàn toàn quyết định bởi trị số vận tốc dòng chảy ở mặt cắt đã cho. Đặt d = n const, do gs ~ v , trong đó n = 4 ữ 6, từ (6-1) ta có thể viết: ∂z ∂vn o ~ − ∂∂tx (6-8) ⎛⎞∂zo ∂v Từ đây ta thấy rằng, điều kiện để đáy sông bị xói ⎜⎟ 0 , tức ⎝⎠∂t ∂x ⎛⎞∂zo ∂v l−u tốc tăng dần theo dòng chảy; điều kiện để đáy sông đ−ợc bồi ⎜⎟> 0 là < ⎝⎠∂t ∂t 0, tức là sự giảm dần theo đọc đ−ờng của l−u tốc dòng chảy. Trong chuyển động đều, theo (6-8) bùn cát chỉ chuyển động có tính chất tranzit, không gây ra biến hình lòng dẫn. Nh−ng chúng ta không thể sử dụng đ−ợc kết luận này, vì trong tự nhiên tồn tại rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên, chuyển động đều trong lòng dẫn biến động chỉ giữ đ−ợc trong một đoạn rất ngắn, trong một thời gian hạn chế. ứng dụng ph−ơng trình biến hình để tính toán luôn luôn phải sử dụng một lòng sông tự nhiên lý t−ởng nào đó. Ví dụ, tính toán chuyển động của sóng cát theo ph−ơng trình biến hình, chúng ta buộc phải coi chuyển động đó là phẳng, bỏ qua sự biến đổi của sóng cát theo ph−ơng ngang. Khi tính toán biến hình đáy trên một đoạn dài hơn chiều dài sóng cát, chúng ta phải ''quên'' đi sự tồn tại của sóng cát và tính toán theo một bề mặt đáy trơn tru giả t−ởng.
Đ 6.5. Các ph−ơng pháp phân tích, dự báo diễn biến lòng sông 6.5.1. Khái quát Diễn biến lòng sông vùng đồng bằng trầm tích là vô cùng phức tạp. Theo đặc tr−ng thời gian có biến hình dài kỳ và biến hình ngắn hạn; theo đặc tr−ng không gian có biến hình trên phạm vi rộng và biến hình cục bộ; theo đặc tr−ng h−ớng phát triển có biến hình đơn h−ớng và biến hình phục quy; theo yếu tố ảnh h−ởng có biến hình tự nhiên và biến hình nhân tạo. Yếu tố ảnh h−ởng đến diễn biến lòng sông có thể khái quát là l−ợng n−ớc từ th−ợng l−u đến và quá trình biến đổi của nó; l−ợng bùn cát từ th−ợng l−u đến thành phần và quá trình biến đổi của chúng; cao trình mặt chuẩn xâm thực ở cửa ra; điều kiện biên lòng dẫn v.v Vì vậy đòi hỏi tính toán định l−ợng một cách chính xác về diễn biến lòng sông ở thời điểm hiện nay còn gặp rất nhiều khó khăn, nh−ng có thể dựa vào một số ph−ơng pháp để tiến hành phân tích định tính hoặc −ớc tính định l−ợng một cách sơ l−ợc. Thông th−ờng, phân tích, dự báo diễn biến lòng sông đ−ợc tiến hành theo 3 ph−ơng pháp sau: - Ph−ơng pháp phân tích các tài liệu thực đo: Dựa theo các số liệu đo đạc địa hình, địa chất, thủy văn nhiều năm, phân tích vị trí, quy mô, tốc độ xói, bồi trên mặt bằng, trên mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, tìm ra quy luật thống kê và xu thế phát triển của đoạn sông nghiên cứu. - Ph−ơng pháp mô hình vật lý: Thu nhỏ đoạn sông nghiên cứu lại trong một khu vực có các trang thiết bị thí nghiệm, tái diễn dòng chảy trong sông thiên nhiên theo các định luật t−ơng tự, để quan sát, đo đạc, và từ các số liệu đo đạc tìm ra quy luật diễn biến của đoạn sông. - Ph−ơng pháp mô hình toán: Dựa vào các hệ ph−ơng trình thích hợp cho dòng chảy và bùn cát tại đoạn sông nghiên cứu, xác định các điều kiện biên, điều kiện ban đầu hợp lý, tìm các lời giải giải tích hoặc lời giải số trị cho các vấn đề nghiên cứu. - Ph−ơng pháp phân tích ảnh viễn thám: Dựa vào ảnh viễn thám thu thập các thời kỳ khác nhau, có thể đánh giá về sự diễn biến xói lở của bờ, sự tồn tại hay mất đi của các cồn trên sông, sự di chuyển của lòng sông. Lợi thế lớn nhất của ph−ơng pháp thực đo là không bị hạn chế bởi điều kiện biến đổi dần của dòng chảy, và có thể nghiên cứu nó theo không gian 3 chiều. Nh−ng nó chỉ thích hợp cho việc nghiên cứu các quá trình diễn biến trong điều kiện đã có tiền lệ trong quá khứ, không thể hoàn toàn dựa vào nó để dự báo tác động của các công trình trong t−ơng lai. Hơn nữa, trong điều kiện số liệu thực đo hoặc quá ít, hoặc không đồng bộ thì sử dụng ph−ơng pháp này sẽ không đủ tin cậy.