Đề cương ôn tập và trả lời môn thi Chỉnh trị sông

Câu 2: Nguyên nhân hình thành dòng chảy vòng trong đoạn sông cong? Ý nghĩa nghiên cứu về dòng chảy vòng? Trả lời: a) Dòng chảy vòng ở đoạn sông cong sinh ra do lực ly tâm trên mặt dòng chảy vòng hướng từ bờ lồi sang bờ lõm, dưới đáy hướng từ bờ lõm sang bờ lồi và mang nhiều bùn cát hơn. Kết quả làm cho bờ lõm bị xói lở, bờ lồi bị bồi. Dòng chảy vòng do lực ly tâm gây ra ở đoạn sông cong dưới tác dụng của lực này mặt nước tại đoạn sông cong hình thành độ dốc hướng ngang. b) Ý nghĩa: Chảy vòng trong đoạn sông cong là nhân tố quan trọng làm cho dòng sông diễn biến hương ngang. - Dòng nước tầng trên tương đối trong chảy sang bờ lõm gây xói bờ lõm, dòng chảy chuyển xuống đáy mang theo bùn cát từ bờ lõm đi theo dòng chảy lớp dưới đáy sang phía bờ lồi àxói bờ lõm, bồi ở bờ lồi chếch về hạ lưu. - Bùn cát bị xói ở cuối đoạn cong do cường độ dòng chảy vòng hướng ngang đã giảm nên không đủ sức vận chuyển sang bờ lồi nữa mà bồi lắng trên bãi gềnh giữa hai đoạn cong. Do đó dòng chảy vòng không chỉ có liên quan trực tiếp với diễn biến hướng ngang của dòng sông mà còn liên quan đến cả diễn biến hướng dọc. - Do ảnh hưởng của dòng chảy vòng hướng ngang tại đoạn sông cong bờ lõm thường bị xói lở nghiêm trọng nhất là đối với sông đồng bằng có địa chất mềm rời cường độ sụt lở có nơi hàng chục, hàng trăm mét hàng năm theo hướng ngang. Việc gia cố bờ lõm, bảo vệ bờ và công trình đê phòng lụt cũng chiếm một vốn đầu tư lớn hàng năm. - Nắm được nguyên lý dòng chảy vòng hướng ngang này ta cũng có thể dùng kết cấu lái dòng để tạo ra dòng chảy vòng nhân tạo để cải tạo lòng sông gây bồi xói theo ý muốn và dùng để chỉnh trị cửa lấy nước. Câu 3: Thiết lập công thức tính độ dốc hướng ngang ở đoạn sông cong? Công thức tính: - Xét một phần cột nứơc có tiết diện vuông mỗi chiều có độ dài một đơn vị, chiều cao là độ sâu cột nước. - Các giả thiết: + Dòng chảy ổn định và đều. + Phía thượng hạ lưu cột nước không có ma sát trong. + Áp lực nước vào hai mặt bên cột nước theo quy luật áp lực thuỷ tĩnh. + Gọi Jy là độ dốc hướng ngang,P1,P2 là áp lực thuỷ tĩnh hai bên cột nước, F là lực ly tâm, T là lực ma sát đáy. Phương trình động lực theo phương ngang được viết: P1-P2+F+T=0 (1) Trong đó: vì Vậy Lực ly tâm F phụ thuộc vào uX, 1/R, m: trong đó: R là bán kính cong, ubq là lưu tốc bình quân hướng dọc, là hệ số phân bố lưu tốc, là khối lượng riêng của nước. Vì T là ma sát đáy, xét cho cột nước nhỏ nên các giá trị không đáng kể có thể bỏ qua, thay các giá trị vào phương trình (1) trở thành: vì bé nên càng bé nên ta có thể bỏ qua và Vậy phương trình (2) trở thành: do đó: vì . vậy ta có công thức tính độ dốc hướng ngang như sau: trong đó: với là độ sâu tương đối. Nếu tốc độ hướng dọc được tính theo công thức KacmanForan thì: do đó: vậy độ dốc hướng ngang Jy sẽ là: trong đó: là hệ số sêdi, g là gia tốc trọng trường, K là hằng số Kacman (K=0,4). Câu 4: Nêu công thức tính lưu tốc hướng ngang uy? Giải thích các số hạng trong công thức? Trả lời: Công thức: Trong đó: uy là lưu tốc hướng ngang (m/s), h là chiều sâu dòng chảy, là hàm số phụ thuộc vào , , Câu 5: Sức mang bùn cát của dòng nước là gì? Nó có ý nghĩa như thế nào trong công tác chỉnh trị sông? Trả lời: a) Khái niệm: Sức mang bùn cát của dòng nước là bùn cát lơ lửng tối đa mà dòng nước có thể mang được trong điều kiện nhất định, kí hiệu S (g/m3) hoặc (kg/m3). trong đó: K là hệ số, m là số mũ, là độ sâu thuỷ lực, u là lưu tốc, g là gia tốc trong trường. b) Ý nghĩa: S là điều kiện cần và đủ để xét lở hay bồi trong lòng sông. dòng sông bồi, là dòng sông xói. Ta xét sự bồi lắng của lòng sông để thực hiện cho việc thiết kế công trình cho hợp lí. S phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ, độ dốc, chiều sâu, đường kính hạt, nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào lưu tốc um (m>1) Ví dụ: Ở B có u tăng, S tăng, giảm thì S>, u>uo àlòng sông xói. Ở A có u giảm, S giảm, tăng thì >S, u<uo àlòng sông bồi. (hình) Câu 7: Lưu tốc khởi động của bùn cát là gi? (Nhớ một số công thức) Lưu tốc khởi động bùn cát là lưu tốc dòng nước tác động vào hạt cát làm cho nó bắt đầu chuyển động. Câu 9: Thế nào là lưu lượng tạo lòng? Các phương pháp xác định? Trả lời: a) Khái niệm: là lưu lượng có tác động làm thay đổi lòng sông lớn nhất, lưu lượng đó không phải là giá trị lớn nhất Qmax vì Qmax có giá trị lớn song thời gian tồn tại không đủ dài để làm thay đổi lòng sông. Lưu lượng tạo lòng cũng không phải là lưu lượng mùa kiệt vì tuy thời gian duy trì lưu lượng này song cường độ không đủ lớn để làm thay đổi lòng sông. Vậy lưu lượng taọ lòng là lưu lượng tương đối lớn duy trì trong thời gian khá dài. Tác dụng tạo lòng của nó trên cơ sở bằng quá trình tạo long của lưu lượng nhiều năm. b) Các phương pháp xác định: - Phương pháp kinh nghiệm và bán kinh nghiệm: + Chọn lưu lượng với tần suất P=(5-10)% + Chọn mực nước tạo lòng tương đương cao trình bãi già (Vẽ hình) Bãi già là bài hình thành trong nhiều năm có thể là 10-20 năm và có nhiều cây cối mọc hoặc làm đất canh tác. * Phương pháp lí luận: Sự thay đổi của lòng sông phụ thuộc vào cường độ chuyển cát theo Makev thì cường độ chuyển cát phụ thuộc vào 3 yếu tố của dòng chảy. Độ dốc mặt nước J, độ lớn của lưu lượng nước Q và tần số xuất hiện của lưu lượng đó P. Tổ hợp của 3 yếu tố trên, khi lớn nhất sẽ dẫn tới sự thay đổi lòng sông lớn nhất và lưu lượng đó sẽ là lưu lượng tạo lòng. Trong đó lưu lượng Q được xem là yếu tố chủ yếu nên nó mang số mũ Qm, m>1, vậy (J.Qm.P)Max là lưu lượng tạo lòng Qtl Trong đó: J là độ dốc mặt nước, Q là lưu lượng, m là số mũ (m>1), đối với đồng bằng (cát mịn) m=2, đối với miền núi (sỏi) m=2.5, đối với cửa sông m khác 2. * Các bước xác định lưu lượng tạo lòng: - Chọn năm đỉên hình: lưu lượng bình quân của nhiều năm phải xấp xỉ bằng lưu lượng cả năm điển hình , các năm đại biểu đó phải đủ chế độ dòng chảy gồm thời kì nước lớn, nước nhỏ và nước trung bình. - Phân cấp lưu lượng chia khoảng trên 30 cấp, chia ra từ cao tới thấp sau đó chọn: - Xác định tần số suất hiện của các cấp lưu lượng: P=(m/n)%, trong đó: m là số lần súât hiện của Qi trong nhiều năm, n là tổng số lần suất hiện của trị số lưu lượng của tài liệu năm điển hình. - Xác định độ dốc trung bình của các cấp lưu lượng có thể căn cứ vào lưu lượng độ dốc (Q~J) đã có, xác định Qbq của cấp sẽ có . - Tính tích số Qm.P.J cho mỗi cấp lưu lượng và m là số mũ phụ thuộc vào điểm của lòng sông. - Vẽ quan hệ (Q~Qm.P.J) (Vẽ hình câu 9 pr) Q1 là quá nhỏ Qtl không hợp lí. Q4 là quá lớn Qtl không hợp lí. Q2,3 ta thấy tương đối hợp lí. Ta đi so sánh Q1 và Q3 với Q=(5-10)% và Qbãi già ta thấy giá trị nào tương ứng với Q=(5-10)% và Qbãi già sẽ được chọn là lưu lượng tạo lòng: Qtl bị ảnh hưởng khi chế độ dòng chảy và bùn cát thay đổi kéo theo Qtl thay đổi. Câu 10: Đặc điểm hình dạng và diễn biến của đoạn sông cong? Loại sông này có ảnh hưởng gì tới các ngành kinh tế? Trả lời: a) Đặc điểm và diễn biến: * Mặt bằng lòng sông ứng với mực nước chung có dạng cong queo, gấp khúc có thể chia sông cong ra làm 2 loại: dạng ách trâu và dạng hình sin. - Dạng ách trâu có địa chất hai bờ tương đối tốt là hai điểm uốn của đoạn sông cong do đó loại này ít biến dạng theo mặt bằng. (hình) - Dạng hình Sin loại sông này suất hiện ở đoạn sông có hai bờ dễ bị xói lở, không bị ràng buộc bởi nhân tố cục bộ, loại sông này thường tạo ra các bãi ven bờ gọi là đoạn quá độ, quá độ bình thường và quá độ so le. Hình dạng cộng mặt bằng.(hình) Mặt cắt ngang có dạng lòng chảo cân đối ở đoạn chuyển tiếp (thẳng) lệch dần và tiến tới chữ V lệch nhau tại đỉnh cong, sau đó là chuyển dần sang cân đối. (hình) * Diến biến ở đoạn sông cong: ở đoạn sông cong sự diễn biến xảy ra không ngừng sông càng ngày càng cong và đỉnh cong càng dịch chuyển về hạ lưu, điểm đầu và điểm cuối càng ngày càng gần nhau tạo ra eo đất ở giữa. Khi đạt đến độ cong nhất định về mùa lũ nước chảy qua eo đất dẫn đến sự cắt dòng tự nhiên. - Hiện tượng chảy vòng ở đoạn sông cong: đã dẫn tới mất cân bằng bùn cát theo hướng ngang bờ lõm bị xói lở, bùn cát được dòng chảy hướng ngang và hướng dọc ở đây đưa sang bờ lồi và bồi lắng, điểm bồi lắng không đối diện với đỉnh cong mà hơi lệch về hạ lưu. - Qua trình sụt lở bờ lõm diễn ra như sau: + Thời kì nước lên bùn cát do xói lở ở đoạn chuyển tiếp giá trên và bùn cát do sụt lở bờ lõm trước đó chưa kịp cuốn đi trầm tích lại trong lạch sông, độ dốc của bờ lõm giảm nhỏ, nước tiếp tục lên dòng chảy vòng tăng lên, sự xói lở ở mái dốc và đáy sông gần bờ lõm, sức tải cát của dòng nước tăng, bùn cát ở thượng lưu về không kịp cân bằng do bồi lắng ở đoạn chuyển tiếp kết quả dòng chảy đào xói gần bùn cát tích đọng lại làm cho đáy sông hạ xuống độ dốc của bờ lõm tăng, bờ giá trên mất cân bằng và sạt lở. Vậy trong thời kì nước lên lòng sông bờ lõm từ chỗ bồi lắng chuyển sang thời kì sạt lở. + Thời kì rút nước do lạch sâu bị xói sâu mái dốc hơn và hiện tượng thấm từ bờ sông ra do đó bờ sông liên tục bị sạt lở, sau đó do mực nước hạ lưu giảm, sức mang bùn cát giảm và lòng sông được bồi, độ dốc mái bờ sông giảm và quá trình sạt lở bờ cũng tạm ngưng. Quá trình phân tích ta thấy yếu tố chính dẫn tới sụt lở bờ lõm là lưu lượng tương đối lớn, cường độ dòng chảy vòng và năng lực chuyển cát trong sông tăng. Mặt khác sự diễn biến trên còn phụ thuộc vào lượng bùn cát ở thượng lưu đưa về đoạn sông cong và thế sông ở các đoạn chuyển tiếp. b) Ảnh hưởng tới các ngành kinh tế khác: - Mặt lợi ở đoạn sông cong: có lạch sâu tương đối ổn định về mùa kiệt có độ sâu tương đối lớn thuận lợi chô giao thông vận tải thuỷ. - Mực nước bờ lõm cao hơn mực nước bờ lồi và hiện tượng chảy vòng đã giúp ích cho các cửa lấy nước ở bờ lõm. - Mặt hại sự diễn biến ở đoạn sông cong rất ác liệt và phức tạp, về mùa lũ sẽ đe doạ đến các công trình ở bờ lõm như đê, kênh… ở đoạn sông cong có bán kính nhỏ cản trở giao thông vận tải thuỷ. Câu 12: Tóm tắt các biện pháp chỉnh trị sông đoạn sông cong gấp ( kể cả trường hợp cắt dòng )? Trả Lời: Sông cong tương đối ổn định ít ảnh hửơng tới các nghành kinh tế nghĩa là sự diển biến ở đó không ác liệt sự gi chuyển của đỉh cong về hạ lưu chậm độ congít thay đổi không được dọa đến công trìh đê điều ta dùng biện pháp công trình để cố định hiện trạng đó hoặc cải thiện cho đoạn cong đó có điều kiện tốt hơn một số công trình bảo vệ hiện trạng đoạn sông. - Làm các công trình cố định hiện trạng như kè lát mai, mỏ hàn ngăn, đập hướng dòng gây bồi lắng. - Thả đá dời , rồng đá , rọ đá, hai loại công trình bảo vệ bờ và lòng sông thường không tách rời nhau - Công trình nhằm cải thiện đoạn sông cong loại công trìn điển hình nhiều là mỏ hàn dài , mỏ hàn có tác dụng bảo vệ bờ lỏm có kẳ năng thay đổ hướng chảy hạn chế sự phát triển ủa đoạn sông cong khi bờ cong được bảo vệ thì hạn chế sự biến hình hướng ngang do đó chủ lưu và thế sông được ổn định - Cắt dòng các đoạn sông cong gấp , khi đoạn cong gấp trở ngại lớn cho các ngành kinh tế nhất là uy hiếp đê điều cản trở dao thông thoát lũ , việc dùng các công trình bảo vệ cải thiệ đoạn cong không có hiệu quả và tốn kém thì phải sữ dụng biện pháp cắt dòng . Khi đoạn sông có nhiều đoạn cong liên tiếp thường phải so sánh phương án cắt dòng . - Các phương án gồm cắt một đoạn hay cắt cả hệ thống , cắt trong hay cắt ngoài. Nếu cắt một đoạn thì tuyến sông co hai phương án , cắt trong và cắt ngoài + Tuyến cắt trong : Cữa vào được bố trí ở dưới đỉnh cong trên cửa ra ở trên đihnnr cong dưới . Sau khi cắt kênh mới hợp thàn một đoạn sông cong ba chiều có đặc điểm ngắn, khối lượng đào kênh nhỏ + Tuýên cắt ngoài : Cửa vào ở đỉnh cong trên , cửa r ở đỉnh cong dươi ( Vẽ hình) Sau khi căt kênh mới thành đoạn sông cong , chiều có chiều dài kênh dài khối lượng lớn, tuyến sông đào không nên chon thẳgn vì như vậy trong quá trình phát triển sông rẽ rộng ra xuất hiện nhiều bải sole , hình thành nhiều chổ cong nhỏ phá hoại cả thế sông vậy sông đào không nên quá ngắn hoặc quá dài , khi dài quá khối lựợng đào quá lớn và việc thoat luc trử ngại. khi đào sông quá ngắn thì sông rẻ phát triển nhanh biến hìn kịch liệt có thể làm cho đoạn hạ lưu bồi lấp . Tóm lại nên chọn tuyến sông dài hơn cong và có chiều dài ngắn nhưng có thể hình thức tuyến cắ theo một tỷ lệ nhất định Kc=Lc/Lt=12÷15 Ví dụ : Sông kinh trung quốc cắt dòng thành thanh 10 đoạn, sông misisipi( mỹ) cắt dòng là 15 đoạn , việc chọn tuyến cắt có ý nghĩa quan trong cả về kinh tế và kỹ thuật do đó cần phải tích đầy đủ các phương án để chọn phương án tối ưu Câu 14 : Cách xác định các thông số thiết kế ( mực nước , lưu lượng, mặt cắt, tuyến chỉnh trị ) công trình chỉnh trị sông . Trả lời: * Dòng sông sau khi chỉnh trị đường mép nước ứng với lưu lượng và mực nước thiết kế được gọi là tuyến chỉnh trị:có 3 loại cho tuyến chỉnh trị cho 3 mùa nước đặc trưng trong đó tuyến chỉnh trị mùa nước trung là quan trọng hơn cả . - Khi xác định tuyến chỉnh trị cần lợi dụng các công trình sẵn có như kè, mỏ hàn…qua kinh nghiệm thực tế thấy đọan sông có lợi cho các ngành kinh tế là đoạn sông có dạng cong trơn, độ công thay đổi theo chiều dài bán kính cong ở đoạn chuyển tiếp là vô cùng lớn bán kính giảm dần tới đỉnh cong . Sau đó bán kính công lại tăng dần tới đoạn chuyển tiếp sau. Hình dạng tuyến chỉnh trị . Y=yo.cos. (1) trong đó: (2) ; (3) ; (4) (Vẽ hình) Trong đó Rmin bán kính cong đường cong theo dạng (1) đoạn chuyển tiếp R tới vô cùng tại đỉnh cong R=Rmin : (Vẽ hình) - Tuyến chỉnh trị mùa trung tuần theo công thức (1) ứng với QTL và HTL mặt cắt phải đi qua QTL xác định thì ổn định: - Tuyến chỉnh trị mùa kiệt được xác định theo giao thông thủy và cửa lấy nước tuyến chỉnh trị phải thuận thế sông . -Dạng tuyến chỉnh trị mùa kiệt vẫn là dạng cosin nhiều lòng sông mùa kiệt cong hơn mùa trung , bán kính cong nhỏ nước cũng xác định qua mẫu chiều dai đoạn thẳng chuyển tiếp giữa hai đoạn cong ngược chiều thỏa mãn yêu cầu của vận tải thủy Câu 15: Nêu tóm tắt công trình chỉnh trị sông: mỏ hàn, kè hộ bờ (bố trí mặt bằng công trình, kích thước chủ yếu…)? Trả lời: a) Đập mỏ hàn là lọai công trình có một đầu tiếp giáp với bờ sông gọi là gốc đập , một đầu nhô ra lòng sông gọi là đầu đập, phần năm giưa đầu và gốc đập gọi là thân đập . Trên bình diện đận có dạng chữ I Có ba laọi mỏ hàn : đập mỏ hàn dài, mỏ hàn trung bình,mỏ hàn ngắn đập mỏ hàn dài có thể đẩy đường trục động lực tức là bờ đối lưu sang bờ đối diện, goi là đập dài, còn dập mỏ hàn ngắn thì chỉ có thể đẩy lệch dòng chảy ra xa bờ một ít có tác dụng bảo vệ bò bải . Đập mỏ hàn trung bình mang tính chất của hai loại trên . -Đập mỏ hàn dài có chiều dài bằng : L> 0,3Bcosa -Đập mỏ hàn ngắn có chiều dài bằng : L> 0,10B cosa -Đập mỏ hàn trung bình ó chiều dài bằng : L>(0,10÷0,30)Bcosa Trong đó : l - chiều dài đập mỏ hàn B – Chiều rộng ổn định của sông a - Góc giữa trục đập và hướng nước chảy b) Kè hộ bờ có hai loại : phần dưới mực nước kiệt , phần trên mực nước kiệt - Phần dưới nước bao gòm chân bờ và đáy sông khi châ bờ sôngbị dòng nươc xói mòn khoét rổng thì bờ sông mất ổn định sinh ra trượt , sạt lỡ dốc chân bừ càng lớn, công trình kè dưới phần mực nước kiệt rất quan trọng của công trìh kè bảo vệ bờ vật liệu để dùng xây dựng kè bờ như: Đá hộc, rọ đá , rồng tre , bè chìm hoặc bê tông cốt thép hoặc bê tông nhựa đường bảo vệ - Phần trên nước : Tính từ mực nước kiệt lê đến trên mực nước lũ để chống lại sự xói mòn do dòng nước gây ra và chống lại sự phá hoại của sóng . Công trình này trục tiếp bị dòg nước xói lỡ hoặc lực va đập của sóng và khi nước rút lai bị dòng nước ngầm xói , công trình nằm trong trạng thái lúc khô lúc ướt , cho nên yêu cầu vật liệu xây dựng phải vừa chống được xói lỡ đồng thời ít mục nát . Phần trên mực nước lũ , tì thường trồng cây để chống sự xói mòn của mưa . Câu 19: Trình bày cách xác định khoảng cách và cao trình của hai tuyến đê sông ? Trả lời: * Cách xác định khoảng cách hai tuyến đê sông Khi tính toán trước hết xác định n1,n2 ,n3 và độ dốc J sau khi chọn khoảng cách B giữa hai đê . giả thiết một mực nước lũ H căn cứ vào địa hình phân biệt sông chính và hai bải đê xác định chiều sâu h1,h2,h3 va B1,B2,B3thay cá giá trị vào công thức .Qs = Q1+Q2+Q3 ; ; Để tính Qs nêu không thoản mản thì giả thiết lại mực nước H khác à tính lại cho tơid khi thỏa mản đươc ông thức trên là được tiếp tục tính dốc với các phương án khác nhau ta sẽ xác định được mực nước lũ tương ứng kác nhau * Cách xác định cao trình đê. Từ kết quả tính toán xác định khoảng cách tuyến đê ta sẽ tính được cao trìhn đê cho từng phương án như sau : trong đó Zđ : cao trình đinh đê H tk : là mực nước thiết kế : chiều cao gia tăng do một số nguyên nhân và DH=hsl +hn= Trong đó :hsl là chiều cao song leo hsl= 1,25hs với hs = 0,020 do đó hs=0,026 W5/4.D1/3 với W: là tốc độ gó hiết kế (m/s),D: đà gió (km) ,h : chiều cao lòng sông bị bồi cao khi không đủ tài liệu thì có thể chọn hn =0,1đến 0,2m/năm, d độ siêu cao an toàn có thể chọn bằng 0,5m