MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ)

MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ) MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM (LUẬN VĂN THẠC SĨ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TOÁN HAI CHIỀU 6

1.1.1 Mô hình MIKE 21 9

1.1.2 Mô hình SMS 10

1.1.3 Mô hình TREM 10

1.2 GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11

1.2.1 Vị trí địa lý 11

1.2.2 Địa hình, địa mạo 11

1.2.3 Địa chất, thổ nhưỡng 12

1.2.4 Lớp phủ thực vật 12

1.2.5 Khí hậu 13

1.2.6 Đặc điểm thủy văn và hệ thống sông ngòi 13

1.2.7 Hiện trạng đoạn sông nghiên cứu 18

1.2.7 Diễn biến hình thái đoạn sông nghiên cứu 19

1.2.8 Diễn biến đáy sông qua các thời kỳ 24

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ĐÃ CÓ 25

1.3.1 Các nghiên cứu của Viện Khoa học Thuỷ lợi 25

1.3.2 Nghiên cứu quy hoạch tăng khả năng thoát lũ sông Hồng của Cục Đê điều 26

1.3.3 Dự án "Hệ thống kè cứng hoá bờ sông Hồng và đường đỉnh kè thành phố Hà Nội", do Tổng công ty Tư vấn Xây dựng Thuỷ lợi I (HEC-I) lập năm 2002 27

1.3.4 Các nghiên cứu của Bộ GTVT 28

1.3.4 Nhận xét 29

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TREM 30

2.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN 30

2.1.1 Phương trình dòng chất lỏng 30

2.1.2 Phương trình liên tục bùn cát 31

2.1.3 Các phương trình sức tải cát 32

2.1.4 Biến đổi phương trình tải cát đáy 32

2.2 LỜI GIẢI SỐ 33

2.2.1 Quan niệm của gián đoạn hoá trong thể tích hữu hạn FVM (finite volume method) 33

2.2.2 Lời giải ma trận hệ số 9 đường chéo 35

2.2.3 Gián đoạn hoá phương trình Exner 36

2.3 ĐIỀU KIỆN BIÊN 36

2.3.1 Điều kiện biên thuỷ lực 36

2.3.2.Điều kiện biên bùn cát 37

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG THỦY ĐỘNG LỰC 2 CHIỀU BẰNG MÔ HÌNH TREM 38

3.1 THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN CHO MÔ HÌNH TREM 38

3.1.2 Thiết lập điều kiện biên bằng mô hình MIKE 11 38

3.1.3.Nhận xét 46

3.2 XÂY DỰNG BIÊN VÀ LƯỚI TÍNH TOÁN CHO ĐOẠN SÔNG 46

3.2.1 Xây dựng biên 46

3.2.2 Xây dựng lưới tính toán 47

3.3 MÔ PHỎNG TRƯỜNG VẬN TỐC CHO TRẬN LŨ THÁNG 8 NĂM 1996 49

3.4 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN CHỈNH TRỊ 58 3.4.1 Các phương án chỉnh trị 58

3.4.2 Đánh giá ảnh hưởng của phương án chỉnh trị đến trường vận tốc 59 3.4.3 Đánh giá ảnh hưởng các phương án chỉnh trị đến khả năng bồi xói65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Xói lở và bồi tụ là các quá trình tất yếu của dòng chảy tự nhiên Theo góc độ nhìn nhận khác nhau mà quá trình này sẽ gây lợi, hại và vì vậy có tác động lớn đối phát triển kinh tế - xã hội Nếu nắm bắt được quy luật thì chúng ta có thể dự báo cũng như có các giải pháp tích cực phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội

Trên hệ thông sông Hồng, hiện tượng xói lở xảy ra trong thời gian gần đây đã gây thiệt hại không nhỏ làm mất đất nông nghiệp, đất nhà ở… Về tính chất xói lở theo cả phương thẳng đứng và phương nằm ngang Có thể thấy ở nhiều nơi, như đoạn từ Thượng Cát tới phà Khuyến Lương, sự xói lở theo hướng ngang đã gây thiệt hại rất lớn do hai bên bờ sông là nơi tập trung các điểm dân cư và cơ sở kinh

tế Đây cũng là nơi trong tương lai có dự án thành phố hai bên bờ sông Hồng với tổng chiều dài khoảng 40 km với các khu đô thị mới và đường giao thông Chính vì vậy vấn đề kiểm xoát và đưa ra các giải pháp chỉnh trị khả thi sẽ có vai trò đặc biệt quan trọng đối với khu vực này

Ở nước ta, xói lở đã được nghiên cứu từ lâu bằng các phương pháp khác nhau, tuy nhiên phương pháp mô hình toán được đánh giá cao do giải quyết được nhiều vấn đề thực tế đặt ra Lớp các mô hình được sử dụng bao gồm lớp mô hình 1 chiều,

2 chiều, 3 chiều Các mô hình 1 chiều có thể kể đến như HEC-6 (phiên bản mới được tích hợp trong HEC-RAS), MIKE 11, ISiS…; một số mô hình 2, 3 chiều như MIKE 21, EFDC, DEL3D… Các mô hình này đã và đang giải quyết được nhiều vấn đề thực tế đặt ra và đã xây dựng được giao điện cho người sử dụng Tuy nhiên đây là các mô hình hoặc thương mại hoặc chỉ giới hạn là mô hình một chiều, vì vậy người sử dụng chỉ có thể sử dụng phần mềm mà không thể tham gia vào thay đổi được chương trình phục vụ công tác nghiên cứu và ứng dụng

Mô hình diễn biến lòng dẫn 2 chiều trong hệ tọa độ phi trực giao TREM dimensional River bed Evolution Model) là mô hình mã nguồn mở, cho phép phân tích tính toán xói lở lòng sông theo 2 chiều, phản ánh gần đầy đủ nguyên nhân và

(Two-hiện trạng xói lở lòng sông Mô hình đã được TS Nguyễn Tiền Giang phát triển và ứng dụng cho sông của Việt Nam Với những nền tảng như vậy, việc nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán diễn biến lòng sông cho khu vực nghiên cứu sẽ tạo điều kiện trau dồi kiến thức, cách tiếp cận cho Học viên và cũng là nền tảng quan trọng cho Học viên trong quá trình nghiên cứu sau này về vấn đề bùn cát, mô hình toán mã nguồn mở

II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Luận văn tập trung vào đối tượng và phạm vi nghiên cứu như sau:

Nghiên cứu mô hình mã nguồn mở TREM, khả năng ứng dụng của

mô hình cho sông Hồng

Phạm vi nghiên cứu ban đầu của luận văn tập trung đánh giá diễn biến lòng dẫn cho đoạn sông Hồng từ cầu Chèm đến Khuyến Lương ứng với kịch bản chỉnh trị lòng sông

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, được sự cho phép của Thầy hướng dẫn khoa học cũng như các điều kiện khách quan phạm vi nghiên cứu được thu hẹp lại cho đoạn sông Hồng từ Cầu Long Biên đến Khuyến Lương Một số lý do chính trong sự thay đổi này như sau:

- Hiện tại, trong đoạn sông nghiên cứu có trạm thủy văn Hà Nội nằm tại hạ lưu cầu Long Biên, đây là trạm thủy văn cấp I nên có số liệu đo đạc tốc độ, lưu lượng, mực nước và có thể phục vụ cho việc hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình Trong khi đoạn sông từ Chèm đến ngã ba Thượng Cát không có số liệu thực đo

- Ba trong bốn đoạn sông trong phương án chỉnh trị đều tập trung trong khu vực

hạ lưu cầu Long Biên

- Thời gian cho mô phỏng dòng chảy là 1 giờ thời gian thực bằng ½ giờ trên máy tính, thời gian mô phong bùn cát với tỷ lệ 1/1 do vậy sẽ mất rất nhiều thời gian để

mô phỏng trong khi chưa xét đến thời gian lấy và thể hiện kết quả tính toán

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong luận văn học viên đã áp dụng các phương pháp kế thừa, phương pháp điều tra và khảo sát thực địa và phương pháp mô hình toán

IV NỘI DUNG LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm 3 chương:

Chương I: Tác giả đã giới thiệu tổng quan về một số mô hình toán mô phỏng diễn biến lòng dẫn hai chiều, đồng thời giới thiệu sơ lược về khu vực nghiên cứu và một số công trình nghiên cứu có liên quan

Chương II: Tập trung giới thiệu cơ sở lý thuyết mô hình TREM đã được xây dựng và phát triển bởi TS Nguyễn Tiền Giang

Chương III: Trình bày thành quả nghiên cứu của học viên trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Việc nghiên cứu xói lở lòng sông đã được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới Nhiều phương pháp và mô hình biến dạng lòng sông đã được xây dựng, góp phần giải quyết những bài toán thực tế đặt ra

Đã có tương đối nhiều nghiên cứu về tính toán biến hình lòng sông và biến động đường bờ, cũng như xây dựng các công trình chống xói lở bờ sông và bờ biển Trên cơ sở hệ phương trình động lực dòng chảy và cân bằng bùn cát người ta đã xây dựng các sơ đồ sai phân để tính toán diễn biến lòng sông Velikanov và Grixanhin (Nga,1965) đưa ra phương pháp biến hình giúp cho việc giải quyết bài toán xói lở được dễ dàng và chính xác hơn Sau đó một loạt các mô hình ra đời, dùng riêng cho diễn biến lòng sông, cũng như dùng chung cho xói lở bờ sông và bờ biển Đó là mô hình GENESIS của Trung tâm nghiên cứu công nghệ bờ biển Hải quân Mỹ(1989), UNIBEST của Viện thuỷ công Hà Lan(1990), LITPACK của Viện Thuỷ lực Đan Mạch(1991), SAND94 của Viện Thuỷ công Ba Lan(1994), mô hình 2 chiều biến dạng đáy sông của Phòng thí nghiệm thuỷ lực và Trường Đại học kỹ thuật Deft Hà Lan hoặc

mô hình miêu tả hiệu ứng xói ngang MIKE21, và mô hình SMS của Anh

Ở trong nước, Viện Khoa học thuỷ lợi đã nghiên cứu về tình hình xói lở sông Hồng và sông Đà sau đập thuỷ điện Hoà Bình, khảo sát và nghiên cứu về tình hình xói

lở sông suối miền Trung và biên giới Viện cơ học cũng có những nghiên cứu về xói lở

bờ biển Việt Nam Một loạt các dự án chống xói lở được nghiên cứu và triển khai xây dựng tại các khu vực trọng điểm xói lở như ở thượng lưu sông Hồng, sông Lô, khu vực

bờ sông Hồng ven Thủ đô Hà Nội, một số điểm xói lở trên các sông suối miền Trung như sông Cả, sông Thu bồn, sông Kinh Dinh v.v Các công trình này đã dựa trên những tính toán khoa học và đã đề xuất các giải pháp hữu hiệu chống xói lở Tuy nhiên đó là những công trình giải quyết cho từng điểm cụ thể, chưa đi sâu vào việc sử dụng mô hình cho diễn biến lòng sông Trong thời gian gần đây đã sử dụng một số mô

hình như HEC-6, MIKE11 để phân tích, tính toán xói lở Tuy nhiên các mô hình trên chỉ giải quyết bài toán 1 chiều, chỉ xem xét xói đáy, với giả thiết chiều sâu xói lở như nhau trên toàn mặt ngang, chưa xem xét vận chuyển bùn cát và xói lở không đều theo chiều ngang

Trong thực tế các sông thường bị xói lở theo cả chiều dọc và chiều ngang rất mạnh mẽ và chúng có tác động tương hỗ với nhau Rất nhiều nơi sự xói lở theo hướng ngang mới có vai trò quan trọng nhất, bởi vì hai bờ sông là nơi tập trung các điểm dân

cư và các cơ sở kinh tế Trên hệ thống sông Hồng tình hình xói lở đã diễn ra nghiêm trọng, sau khi hồ chứa Hoà Bình vận hành quá trình xói lở lại càng nghiêm trọng hơn Sông suối biên giới phía Bắc bị xói lở nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đường biên giới chung giữa 2 nước Một số kết quả nghiên cứu trong các dự án trước đã làm sáng tỏ nguyên nhân và các giải pháp cần thiết để giảm thiểu ảnh hưởng Tuy nhiên việc xói lở diễn ra mạnh ở 2 bờ, mà các nghiên cứu và mô hình trước không giải quyết được Vì vậy cần thiết có một mô hình 2 chiều để giải quyết bài toán này

Gần đây, ở Việt nam các mô hình 2 chiều đang được sử dụng trong một số công trình nghiên cứu biến dạng lòng dẫn MIKE 21C được Viện Khoa học Thuỷ lợi sử dụng trong nghiên cứu lòng dẫn hệ thống sông Hồng (2006-2007) trước và sau khi có hoạt động của các hồ chứa Hoà Bình và Tuyên Quang MIKE 21C cũng được áp dụng khi nghiên cứu biến dạng vùng Cửa sông Hậu (2006) và mô phỏng lũ lòng sông Cửu long (2005) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Viện Khoa học Thuỷ lợi áp dụng

mô hình TREM và SMS (2006) trong nghiên cứu biến dạng đáy một số sông biên giới phía Bắc Công ty tư vấn công trình giao thông (TEDY) sử dụng MIKE 21C khi phân tích trường dòng chảy tại cửa sông phân lạch khu vực Trung Hà (sông Đà) (2007) dưới tác dụng của các công trình chỉnh trị Các kết quả thu được cho thấy hiệu quả của mô hình 2 chiều khi phân tích mô phỏng thuỷ lực và lòng dẫn của các đoạn sông Nguyễn Thế Hùng (2004) nghiên cứu giải hệ phương trình sóng nước nông 2 chiều bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai giai đoạn theo thuật giải phân rã và giải theo thời gian với sơ đồ sai phân Crank-Nicolson Lương Tuấn Anh và Nguyễn Hoàng Minh (2006) sử dụng thuật toán Runge- Kutta bậc 3 và phương pháp nội suy tuyến tính nối

tiếp để giải hệ phương trình sóng nước nông 2 chiều Từ đó thu được biểu đồ phân bố vận tốc, độ sâu (mực nước) tại khu vực nghiên cứu Lương Tuấn Anh và Nguyễn Thanh Sơn (2007) đã áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho bài toán thuỷ lực sườn dốc tựa 2 chiều, trong đó các giải sườn dốc chạy từ đường phân nước tới lòng sông và song song với nhau Trên mỗi giải sườn dốc giải hệ phương trình 1 chiều Tuy nhiên những nghiên cứu dạng này mới chỉ giải quyết về mặt thuỷ lực chứ chưa đề cập đến biến dạng lòng dẫn

Một cách chặt chẽ, hầu hết các dòng chảy thực tế trong sông ngòi đều là các dòng chảy với các đặc trưng thủy lực của nó biến đổi theo cả 3 chiều Tuy nhiên, khi

độ rộng của dòng chảy lớn hơn rất nhiều so với độ sâu thì biến đổi của các đặc trưng

đó theo chiều thẳng đứng trở nên không đáng kể do có sự xáo trộn mạnh mẽ gây nên bởi các ứng suất ma sát ở đáy Trong các trường hợp đó, mô hình dòng chảy 2 chiều (2D) sử dụng hệ phương trình nước nông (shallow water equations) hay hệ phương trình trung bình theo độ sâu (depth-averaged equations) được xem là đủ để mô tả các đặc trưng dòng chảy

Hệ phương trình depth-averaged lần đầu tiên được Kuipers và Vreugdenhill giới thiệu năm 1973 viết trên hệ tọa độ Đề các Tuy nhiên, khi áp dụng hệ phương trình này để tính toán các dòng chảy trong sông ngòi tự nhiên, khó khăn đã xuất hiện khi sử dụng các điều kiện biên cho các đoạn sông cong hoặc có biên phức tạp Ban đầu một giải pháp sử dụng xấp xỉ "stair stepped" đã được thử nghiệm (Vreugdenhill và Wijbenga, 1982), nhưng qua các ứng dụng, nó vẫn bộc lộ những hạn chế do độ thô của lưới tính ở gần các biên, hoặc tăng thời gian tính toán cùng bộ nhớ của máy tính nếu muốn tăng độ phân giải của lưới

Thompson (1980) là một trong những người đầu tiên giới thiệu hệ tọa độ cong phù hợp biên để giải quyết hạn chế này Theo đó, trước hết hệ phương trình depth-averaged viết trên hệ tọa độ Đề các được biến đổi sang hệ tọa độ mới với 2 trục tọa độ (,) Giải hệ phương trình này trên lưới cong đã xây dựng cho phép ta có một bức tranh chi tiết hơn về các đặc trưng dòng chảy trong sông, đặc biệt là trong các đoạn sông cong hoặc có biên phức tạp

T Nagata (1999) đã viết phiên bản đầu tiên của mô hình này tại River System Engineering Laboratory, Kyoto University Phiên bản này cũng đã được sửa chữa và nâng cấp bởi Giáo sư Takashi Hosoda và các cộng sự ở cùng phòng nghiên cứu sau khi Nagata qua đời (2000) Phiên bản này sau đó đã được sử dụng như là phần tính dòng chảy nền khi kết nối với các modul vận chuyển bùn cát cũng như xói lở bờ sông, tính toán bồi lấp hồ chứa

Mô hình MIKE 21:

Mô hình thuỷ lực: Mô hình MIKE21 cũng sử dụng hệ thống phương trình tổng

quát để giải bài toán biến dạng lòng dẫn 2 chiều MIKE 21C được giải trong hệ thống toạ độ cong trực giao Tuy nhiên trong các bước xử lý có các cách giải quyết khác đề tạo thuận lợi cho người sử dụng

Mô hình cũng dựa vào một số giả thiết, đó là dòng chảy trong lòng dẫn nước nông, sự biến đổi bên trong của mô men do ma sát và hiệu ứng thành của bờ sông có thể bỏ qua Phân bố áp suất theo quy luật thuỷ tĩnh, bỏ qua gradient tốc độ thẳng đứng

Bề mặt nước được coi là cứng và không thấm, số Froude nhỏ, tỷ số giữa độ sâu và bán kính cong không lớn

Trong mô hình xét đầy đủ hơn ảnh hưởng của dòng chảy thứ cấp và dòng chảy xoắn do sự phối hợp của chuyển động theo hướng ngang và hướng dọc sông

Mô hìmh hình thái: Phương trình vận chuyển của bùn cát lơ lửng dựa trên lý

thuyết của Galappatty (1983), chỉ xét khuếch tán theo chiều thẳng đứng, và có dạng tương tự như trong mô hình TREM

Giải được tiến hành cho từng nút lưới, giải đồng thời cho cả thuỷ lực chất lỏng

và hình thái lòng dẫn, tương tự mô hình TREM Lưới được xác định theo hệ toạ độ cong cho phép giải trên sai phân hữu hạn và phần tử hữu hạn, có một hướng song song với hướng dòng chảy, còn một hướng gần như trực giao với nó Lưới không cố định, sau khi xói thì đường bờ thay đổi và nếu tại một vị trí xói bờ vượt quá một độ rộng dự định trước (liên quan đến độ rộng ô lưới dọc theo bờ tính toán được) thì lưới được cập

nhật và xác định một đường bờ mới Điều này phù hợp hơn với thực tế biến dạng lòng dẫn

Mô hình SMS:

SMS (Surface Water Modelling System) là mô hình được đề xuất bởi Phòng thí nghiệm nghiên cứu mô hình môi trường thuộc Đại học tổng hợp Brigham Young, Vương quốc Anh Mô hình có 2 mô đun chính là RMA2 giải riêng phần thuỷ lực chất lỏng và SED2D giải cho phần bùn cát và biến dạng lòng dẫn Hệ phương trình sử dụng cũng gồm 2 phương trình mômen cho 2 chiều x và y, một phương trình liên tục chất lỏng và một phương trình liên tục của bùn cát Các phương trình thuỷ lực được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phương pháp số dư trọng số Galerkin Giải bằng sơ đồ ẩn đầy đủ và phương pháp lặp Newton-Raphson

Các số hạng nguồn và ra trở thành các số hạng nguồn và ra cho mô hình đáy để tính toán biến đổi đáy tại từng nút với việc dùng trọng số Crank-Nicholson Đáy cát được coi là phù hợp với một bể bùn cát độ dày hữu hạn, dưới nó là một mặt không xói Bùn cát được thêm vào hoặc lấy đi khỏi đáy được xác định bởi số hạng nguồn và ra ở bước thời gian trước Đáy bùn-sét được xử lý như một dãy các lớp, mỗi lớp có các đặc tính của nó về độ dày, mật độ, tuổi và cường độ xói, ứng suất tiếp cho xói, hệ số hợp nhất Bùn-sét mới sẽ bồi lên lớp cũ và làm tăng áp suất nén và tuổi của cả khối Khi đó khả năng xói sẽ giảm đi

Mô hình TREM:

Mô hình biến dạng lòng dẫn 2 chiều trong hệ toạ độ phi tuyến không trực giao (Two-dimensional Riverbed Evolution Model- TREM- constructed in the non-orthogonal curvilinear coordimate system) đáp ứng được yêu cầu trên Mô hình sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn FCV (Finite Control Volum) với hệ thống toạ độ phi tuyến 2 chiều không trực giao và sơ đồ ẩn Phần tính toán dòng không ổn định 2 chiều sử dụng kết quả của Toshinobu Nagata (Đại học Tổng hợp Kyoto-Nhật Bản) Phần bùn cát và biến đổi đáy được phát triển bởi Nguyen Tien Giang (N T Giang & Izumi, 2001) Kết quả thực hiện mô hình cho ta các giá trị của độ cao đáy sông, tốc độ

hướng dọc và hướng ngang, độ sâu và nồng độ bùn cát tại các điểm nút tương ứng với các thời khoảng tính toán Chi tiết cơ sở lý thuyết mô hình được giới thiệu trong chương 2

1.2.1 Vị trí địa lý

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc nước ta Lưu vực hệ thống sông Hồng có tổng diện tích 155 000 km2, trong đó tới hơn nửa diện tích (53%) nằm ở nước ngoài (Trung Quốc, Lào) còn diện tích phần trong nước chỉ khoảng 72

300 km2 lưu vực nằm trong phạm vi từ 20000’ đến 25030’ vĩ độ Bắc và từ 100000 đến

106007’ kinh độ Đông, phía Bắc giáp lưu vực sông Trường Giang, phía Đông giáp lưu vực hệ thống sông Thái Bình và vịnh Bắc Bộ, phía Tây giáp lưu vực sông Mê Kông và sông Mã

1.2.2 Địa hình, địa mạo

Địa hình lưu vực hện thống sông Hồng phần lớn là đồi núi, chia cắt mạnh, có hướng dốc chung từ Tây Bắc xuống Đông Nam Phía Tây có dãy núi Vô Lương cao trên 2500 m, phân cách lưu vực hệ thống sông Mê Kông và lưu vực sông Hồng Trong lưu vực có dãy Hoàng Liên Sơn với đỉnh Phan-Xi-Pan cao nhất nước ta (3143 m), phân chia lưu vực sông Đà và lưu vực sông Thao Lưu vực hệ thống sông Hồng có tới 70% diện tích ở độ cao trên 500 m và khoảng 47% diện tích lưu vực ở độ cao trên

1000 m Độ cao bình quân lưu vực cỡ 1090 m Do chủ yếu là địa hình đồi núi nên độ dốc lưu vực khá lớn, bình quân đạt từ 15% đến 35% Một số lưu vực sông như Ngòi Thia có độ dốc đạt tới 42%, Suối Sập 46,6%

Đồng bằng sông Hồng được tính từ Việt Trì, chiếm hơn 7% diện tích toàn lưu vực, thấp và tương đối bằng phẳng, độ cao trung bình khoảng 25 m dọc theo các sông

ở đồng bằng đều có đê kiên cố làm cho đồng bằng bị chia cắt thành các ô tương đối độc lập Vùng cửa sông giáp biển có nhiều cồn cát và bãi

1.2.3 Địa chất, thổ nhưỡng

Ở vùng núi và trung du của lưu vưc, địa hình phát sinh do kết quả của các quá trình vận động của vỏ trái đất trong các giai đoạn địa chất cộng với quá trình phong hóa và quá trình xói mòn dưới tác động của dòng nước, nhiệt độ, độ ẩm … nên bao gồm nhiều loại đất khác đá khác nhau về thành phần khoáng chất Bắc và Đông Bắc lưu vực thuộc vùng núi đá vôi hiểm trở, ít đất bằng, có rừng che phủ, đất phát triển trên diệp thạch, sa thạch và đá vôi … nên lượng cung cấp cho sông ít và vì vậy dòng chảy sông Lô mang rất ít bùn cát Vùng thuộc dãy núi Phan-Xi-Pan có dện tích rộng,

độ cao và địa hình có sự thay đổi lớn, khống chế những vùng khí hậu, thổ nhưỡng rất khác nhau Đất ở vùng này được phát triển từ các loại đá gốc như diệp thạch tinh thể, hoa cương, càng xuống phía Tây Nam diệp thạch và đá vôi càng nhiều còn ở phía Đông Nam là diệp thạch và hoa cương Đây là khu vực cung cấp bùn cát quan trọng cho sông Đà, góp phần chủ yếu vào bùn cát sông Hồng khu vực bên phải của sông Đà

có cao nguyên đá vôi kéo dài từ Tây Bắc xuống Đông Nam, đất phát triển trên đá vôi

có độ mịn lớn, ngoài ra đất còn phát triển trên diệp thạch, sa thạch, hoa cương, thảm thực vật bị phá hủy nghiêm trọng, do đó rất thuận lợi cho xói mòn

1.2.4 Lớp phủ thực vật

Thảm thực vật đã bị tàn phá chỉ còn khoảng 16% diện tích đất tự nhiên Trên lưu vực sông Đà thậm chí có nơi chỉ còn 6-10%; rừng thượng nguổn sông Lô còn khá hơn chiếm khoảng 20-30%

Sau khi nhà máy thủy điện Hòa Bình được xây dựng, rừng vùng lưu vực hồ đã

bị tàn phá nghiêm trọng mà tác nhân chủ yếu là khai thác quá mức, du canh du cư, đốt nương làm rẫy Hàng năm khu vực này có khoảng 120 đến 160 ha rừng bị xâm phạm

và đốt cháy làm nương rẫy mới Nếu tính toàn vùng Tây Bắc (bao gồm các khu vực thuộc lưu vực hồ Hòa Bình và lân cận) thì đến nay chỉ còn 5 - 6% diện tích đất tự nhiên là có rừng che phủ

Lượng mưa biến đổi qua các năm trong thời kỳ nhiều năm không lớn: lượng mưa của năm mưa nhiều chỉ lớn gấp 2-3 lần lượng mưa của năm mưa ít

Nhiệt độ không khí trung bình trên lưu vực thay đổi từ 150 (phần Trung Quốc) đến 240 (phần Việt Nam) Lượng bốc hơi hàng năm trên lưu vực không lớn và biến đổi

ít dọc theo không gian Lượng bốc hơi khả năng đo bằng ống Piche thay đổi từ 600

mm đến 1000 mm

1.2.6 Đặc điểm thủy văn và hệ thống sông ngòi

Dòng chính sông Hồng bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn cao trên 2700 m của tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, qua tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), chảy vào lãnh thổ Việt Nam tại Lào Cai rồi đổ vào vịnh Bắc Bộ tại cửa Ba Lạt Hệ thống sông Hồng ở Việt Nam là do ba nhánh lớn hợp thành là sông

Đà, sông Thao và sông Lô Chiều dài dòng chính sông Hồng từ nguồn đến cửa Ba Lạt dài 1126 km, phần chảy trên đất Việt Nam dài 556 km

Lưu vực hệ thống sông Hồng có hình dạng hẹp, kéo dài ở phần thượng lưu và

mở rộng ở hạ lưu Tổng diện tích lưu vực là 155 000 km2, trong đó phần Việt Nam chiếm 47%

Tổng lượng nước trung bình hàng năm của sông Hồng chảy qua Sơn Tây là 120

tỷ m3, trong đó phần từ Trung Quốc chảy vào chiếm 36% Tính đến Sơn Tây so với lưu vực sông Hồng, sông Lô chiếm 27% diện tích lưu vực, chiếm 28% lượng nước; sông Đà chiếm 43% diện tích lưu vực, 47% lượng nước; sông Thao chiếm 36% diện tích lưu vực, 25% lượng nước

Mạng lưới sông suối của hệ thống sông Hồng khá phát triển ở phần Việt Nam, loại sông có chiều dài dòng chính từ 5 km trở lên có tới 1659 sông Mật độ lưới sông phần nhiều đạt từ 0.5 km/km2 đến 2 km/km2 nơi có núi cao, độ dốc lớn mưa nhiều thì nơi đó sông suối dày đặc và ngược lại

Ba nhánh lớn hợp thành hệ thống sông Hồng gồm có:

a) Sông Thao

Có chiều dài: L = 902 km (trên lãnh thổ Việt Nam dài 332 km)

Diện tích sông: F = 51900 km2 (ở Việt Nam là 12100 km2)

Sông Thao có tên gọi là sông Nguyên ở phía Trung Quốc bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn thuộc tỉnh Vân Nam-Trung Quốc cao trên 2000 m Sông Thao là điển hình

về hướng của một con sông do vận động tạo sơn Himalaya vạch ra Có thể nói sông Thao có hướng chảy khá ổn định: trừ một đoạn ngắn ở đầu nguồn, đoạn còn lại khá thẳng theo hướng Tây Bắc-Đông Nam cho tới Việt Trì và cửa sông

Tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Thao tại Việt Trì là 28.4 km3tương ứng với lưu lượng bình quân là 500 m3/s và mô đun dòng chảy năm là 17.31 l/s.km2

Chế độ dòng chảy trên sông Thao phụ thuộc vào chế độ mưa Cũng vì vậy mà mùa lũ trên sông Thao kéo dài trong 5 tháng (từ tháng VI đến tháng X) Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm khoảng 70.3% đến 71.06% lượng dòng chảy cả năm

b) Sông Đà

Chiều dài sông: L =1010 km, trong nước dài 570 km

Diện tích sông F = 52900 km2, trong nước 26800 km2

Sông Đà có tên gọi là Lý Tiên ở phía Trung Quốc,bắt nguồn từ vùng núi cao cạnh nguồn của sông Nguyên (sông Thao) thuộc tỉnh Vân Nam Nằm trong vùng núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, thung lũng sâu hẹp, lượng mưa tập trung vào vài tháng trong năm, có một mạng lưới sông dày đặc

Sông suối trong lưu vực sông Đà thuộc loại sông suối trẻ, thung lũng sông hẹp, nhiều đoạn có dạng lõm vực sâu chứng tỏ địa hình mới được nâng lên mạnh Phần lớn lòng sông cao hơn mặt biển từ 100-500 m Do đó sông đang đào lòng mạnh, trắc diện hẹp, bồi tụ ít, lắm thác ghềnh

Không kể những phụ lưu lớn, dòng chính sông Đà có mạng lưới thủy văn phân

bố không đồng đều Mật độ sông suối từ thưa đến rất dày Vùng đá vôi mưa ít có nơi xuống dưới 0.50 km/km2 như lưu vực Nậm Sập; vùng núi cao mưa nhiều, như thượng lưu sông Nậm Mu, mạng lưới sông suối dày đặc khoảng 1.67 km/km2 Các nơi còn lại phân bố từ tương đối dày đến dày: 0.5-1.5 km/km2

Khí hậu trong khu vực dòng chính sông Đà có mùa đông lạnh, khô và mùa hè nhiều ở vùng cao Vùng thấp thời tiết khô nóng Qua phân bố mưa ta thấy rõ được điều đó: Mường Tè 1637 mm, Lai Châu 2162 mm, Quỳnh Nhai 1739 mm,Vạn Yên 1344

mm, Suối Rat 1538 mm, Sơn La 1496 mm, Mộc Châu 1583 mm…

Lượng mưa trung bình năm trên lưu vực sông Đà là 1800 mm lớn hơn sông Thao Tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Đà khoảng 55.7 km3 tương ứng với lưu lượng bình quân là 1770 m3/s và modun dòng chảy năm là 33.5 l/s.km2

Dòng chảy năm trên sông Đà tăng dần từ Bắc xuống Nam: modun dòng chảy năm tại Lý Tiên Độ (Trung Quốc) là 25.2 l/s.km2, khi tới Lai Châu tăng lên thành 34

l/s.km2 Tuy nhiên từ Lai Châu tới Hòa Bình thì modun dòng chảy năm hầu như không tăng: tại Hòa Bình là 33.8 l/s.km2 Điều này có thể giải thích bởi lượng mưa ở phía bờ phải trên đoạn này của sông Đà giảm sút rõ rệt còn khoảng 1600 mm, vùng cao nguyên Sơn La, Mộc Châu còn ít hơn nữa, chỉ đạt 1100-1400 mm

Nước lũ sông Đà rất ác liệt, nhưng chuyển sang mùa kiệt thì dòng chảy khô cạn khá gay gắt Tùy điều kiện mặt đệm và lượng mưa nhiều hay ít mà lượng dòng chảy nhỏ nhất trên lưu vực sông Đà có sự thay đổi từ nơi này qua nơi khác Dòng chảy tháng nhỏ nhất bình quân xuất hiện đồng bộ vào tháng III chiếm trên dưới 2% lượng dòng chảy cả năm Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất trên dòng chính sông Đà ít biến đổi từ thượng lưu về hạ lưu Nhưng trên các phụ lưu thì phạm vi biến đổi của dòng chảy nhỏ nhất bình quân tháng từ 2.58 l/s.km2 đến 11.61 l/s.km2

Dòng chảy bùn cát trên sông Đà thuộc loại lớn trên miền Bắc Tổng lượng bùn cát của sông Đà tại Hòa Bình là 72.3 106 tấn ứng với độ đục bình quân nhiều năm là

1310 g/m3

Phần lớn đất đai trong lưu vực sông Đà là đồi núi Độ cao bình quân toàn lưu vực là 1130 m, riêng phần Việt Nam độ cao bình quân là 965 m Độ dốc đáy sông Đà đạt 0.41%

Dòng chính sông Lô bắt nguồn từ vùng cao nguyên Vân Nam, cao trên 2000 m, bắt đầu chảy vào Việt Nam tại Thanh Thủy

Đoạn từ nguồn tới Hà Giang chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam, thung lũng sông Lô ở đây rất hẹp, có nơi chỉ rộng khoảng 4-5 km, các bờ núi xung quanh cao từ

1000 đến 1500 m Từ Hà Giang tới Bắc Quang, sông đổi hướng thành gần Bắc Nam,

lòng sông rất nhiều thác ghềnh: chỉ kể từ biên giới về tới Vĩnh Tuy đã có tới 60 ghềnh, thác và bãi bồi Tới Hà Giang, sông Miện gia nhập vào sông Lô ở bờ phải

Lưu vực dòng chính sông Lô có lượng nước trung bình nhiều năm lớn nhất so với các sông khác trong lưu vực Tổng lượng nước bình quân nhiều năm lên tới 31.9

km3 ứng với lưu lượng bình quân 1010 m3/s, môdun dòng chảy năm là 25.9 l/s.km2

Dòng chảy năm dao động ít, hệ số biến đổi của dòng chảy năm thay đổi từ 0.17 đến 0.22 Phụ thuộc vào chế độ mưa, chế độ dòng chảy trong lưu vực sông Lô cũng chia thành hai mùa rõ rệt:

- Mùa lũ kéo dài 5 tháng, từ tháng VI đến tháng X Trên các phụ lưu mùa lũ ngắn hơn, khoảng 4 tháng, từ tháng VI đến tháng IX Tháng có lượng dòng chảy lớn nhất trong năm xuất hiện vào tháng VIII Phía trung lưu dòng chảy tháng lớn nhất xuất hiện sớm hơn, vào tháng VII và chiếm 17-20 % lượng dòng chảy cả năm Cường suất mực nước bình quân lớn nhất trên dòng chính sông Lô có trị số từ 24 đến 44 cm/h Đường quá trình nước lũ đều có dạng răng lược Trong suốt mùa lũ

có tới trên 10 ngọn lũ lớn nhỏ và thường đạt tới đỉnh cao nhất vào tháng VII hoặc tháng VIII

- Mùa cạn, mực nước và lưu lượng giảm xuống nhanh chóng Nước cạn nhất xuất hiện vào tháng III, lượng dòng chảy của tháng này chỉ chiếm khoảng 2 % lượng dòng chảy cả năm Modun dòng chảy nhỏ nhất bình quân tháng đều trên 6 l/s.km2, môđun dòng chảy nhỏ nhất tuyệt đối cũng đạt tới 2.6-3.5 l/s.km2 Dòng chảy mùa cạn sông Lô biến đổi không nhiều, hệ số biến đổi 0.26-0.30

Độ dốc trung bình của đáy sông là 0.26 ‰ Riêng các phụ lưu thì dốc hơn nhiều,

độ dốc trung bình của sông con tới 6.18 ‰ Sự dao động lớn về độ cao tương đối đã tạo ra những thung lũng sâu và hẹp, độ dốc sườn lớn 38-400 Địa hình núi, đồi chiếm trên 80 % diện tích lưu vực Trên một số phụ lưu diện tích có độ cao từ 600 m trở lên, chiếm tỷ lệ lớn

Đặc điểm khí hậu dòng chính sông Lô chịu ảnh hưởng sâu sắc của địa hình và

vị trí lưu vực Tùy thuộc vào vị trí và đặc điểm cao hay thấp của địa hình cùng mức độ

ảnh hưởng của hoàn lưu gió mùa đối với từng nơi mà có sự thay đổi về khí hậu giữa các vùng trong lưu vực:

- Thượng lưu sông Lô có khí hậu nóng vừa, khô và ít mưa

- Trung lưu sông Lô có khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều là vùng có mưa lũ lớn nhất lưu vực

- Hạ lưu sông Lô có khí hậu nóng và tương đối ẩm, mưa trên lưu vực nhiều nhất ở trung lưu và giảm dần về thượng, hạ lưu

1.2.7 Hiện trạng đoạn sông nghiên cứu

a) Đoạn Thượng Cát- Cửa Đuống

Trên mặt bằng, tại mặt cắt cầu Thăng Long chiều rộng giữa hai đê bị thu hẹp và chỉ bằng 1.200/2.525 = 0,47 chiều rộng trung bình giữa hai đê trên đoạn sông này Chiều rộng mặt thoáng trung bình lòng dẫn ngang cao trình +9.0m & +6.0m tương ứng 1.250m & 820m

Thượng và hạ lưu cầu Thăng Long là hai đoạn sông phân lạch không ổn định Dọc hai bờ sông đoạn này trong những năm gần đây đã có các công trình bảo vệ bờ được xây dựng, đáng kể là kè lát mái Liên Hồng, Thụy Phương, Phú Gia và hệ thống các kè chắn bảo vệ bờ Tầm Xá Mặc dù vậy những công trình này cũng chưa đủ mạnh

để khống chế sự diễn biến của đoạn sông Hồng khu vực Hà Nội

b) Đoạn Của Đuống- Thanh Trì

Trên mặt bằng, tại mặt cắt cầu Chương Dương chiều rộng giữa hai đê bị thu hẹp

và chỉ bằng 1.250/2.340=0,53 chiều rộng trung bình giữa hai đê trên đoạn sông này Thực tế đoạn bến phà Chương Dương khi xưa và Cầu Long Biên, Cầu Chương Dương hiện nay là nút khống chế, kiểm soát diễn biến trục động lực dòng chảy trên đoạn sông Phúc Xá- Bắc Cầu và đoạn Cảng Hà Nội- Thạch Cầu Chiều rộng mặt thoáng trung bình của đoạn sông ngang mực nước +9.0m & +6.0m tương ứng 1.140m & 320m

Đoạn hạ lưu cầu Chương Dương hiện nay về cơ bản là đoạn sông một lạch, chủ lưu dòng nước đi bám sát mép cảng Hà Nội, lạch Thạch Cầu gần như bị suy thoái hoàn toàn trong những năm gần đây

c) Đoạn Thanh Trì- Vạn Phúc

Đoạn sông từ Thanh Trì đến Vạn Phúc là đoạn sông bị uốn cong mạnh Hệ số uốn cong của đoạn sông này đạt giá trị lớn nhất trong phạm vi đoạn sông Hồng khu vực Hà Nội, K=Ls/Lt = 1,5 (nằm trong biên độ giá trị hệ số uốn cong của sông Hồng đoạn từ Sơn tây đến Vạn Phúc- K = 1,09-1,5)

Trên mặt bằng đoạn sông có mức độ uốn cong lớn nên khoảng cách giữa hai đê cũng lớn và dao động từ 2.000m (tại Thanh Trì) lên đến 6.500m (tại Duyên Hà) Tuy nhiên chiều rộng mặt thoáng trung bình ngang cao độ +9.0m và +6.0m cũng chỉ đạt tương ứng 780m & 600m

1.2.7 Diễn biến hình thái đoạn sông nghiên cứu [4]

a) Hình thái mặt bằng

Nhìn tổng quát, hình thái mặt bằng đoạn sông mùa nước trung trong gần 100 năm nay về cơ bản không có những thay đổi lớn, với 3 nút khống chế, hai đoạn mở rộng, một cửa phân lưu sông Đuống, hai lạch sông, hai bãi giữa Phân tích lạch chính,

ta thấy đoạn sông nghiên cứu gồm hai khúc cong ngược chiều nhau, trong đó khúc cong ở phía cửa Đuống là khúc cong lớn nhất với chu kỳ hình sin từ Sơn Tây đến cửa

Ba Lạt, tại đây sông Hồng đổi hướng từ Đông- Đông Nam sang Nam- Đông Nam Với các yếu tố trên rõ ràng đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội là đoạn sông phân lạch tương đối ổn định

b) Sự phát triển của bãi bên và bãi giữa

Đoạn sông nghiên cứu thường biến động mạnh ở khu vực hai đoạn phình Phúc

Xá và cảng Hà Nội, điều này thể hiện rất rõ qua sự thay đổi của bãi Tứ Liên, bãi Thạch Cầu, bãi Bắc Biên và bãi Đồng Nhân Sự biến đổi mang tính đồng dấu giữa hai bãi lớn

Tứ Liên và Thạch Cầu, hai bãi bên nhỏ là bãi Bắc Biên và bãi Đồng Nhân; mối liên quan ngược dấu giữa hai bãi lớn, nhỏ đối diện nhau: Tứ Liên- Bắc Biên và Thạch Cầu- Đồng Nhân Qua các mối tương quan giữa các bãi này, chúng ta có thể tìm thấy dấu hiệu của các xu thế phát triển của lòng sông

Các hiện tượng động lực trong vùng cảng, phần lớn đều có nguồn gốc từ các hiện tượng đồng tính ở trên các đoạn thượng lưu cầu Long Biên Sự lan truyền các ảnh hưởng bị khống chế ít nhiều qua các tuyến cầu ở nút Chương Dương, vì vậy có hiện tượng lệch pha giữa các dao động Quá trình thu hẹp và mở rộng của bãi Tứ Liên được lặp lại nhưng chậm hơn và quy mô nhỏ hơn ở Thạch Cầu, trái lại quá trình mở rộng và thu hẹp của bãi Bắc Biên cũng được lặp lại chậm hơn và quy mô nhỏ hơn ở bãi Đông Nhân

c) Các lần đổi lạch và sự phát triển thế sông

Trong khoảng thời gian từ 1901-1998 chúng ta có thể thấy được 3 lần hoán vị chủ thứ của hai lạch Gia Lâm và Phúc Xá

Lần 1: Trước khi xây dựng cầu Long Biên thì lạch Phúc Xá là lạch chính dòng chủ đi sát vào phía bờ Phúc Xá chính vì vậy mà cảng Hàng Mắm lúc đó được đặt ở vị trí cách vị trí cầu Long Biên khoảng 1km Bãi Tầm Xá và đảo Trung Hà tạo thành một bãi giữa rộng lớn Nhánh Gia Lâm sau khi chảy vòng qua lưng bãi Tâm Xá phân lưu vào sông Đuống thì nhập lưu với dòng chủ ở nhánh Phúc Xá tạo thành một dòng chảy thống nhất đi qua đỉnh cong ở phía bãi Thạch Cầu Vào những năm 1905 sau khi cầu Long Biên được xây dựng xong (1902) chế độ dòng chảy thay đổi lớn, dòng chảy chuyển từ lạch Phúc Xá sang Gia Lâm Bắt đầu những năm 1930, lạch Gia Lâm đã trở thành lạch chính buộc cảng Hàng Mắm phải dịch về vị trí cảng hiện nay Thế sông đó

ổn định cho đến khoảng giữa năm 1970 (1973-1975)

Lần 2: Sau những trận đánh phá dữ dội của không quân Mỹ cuối năm 1972, nhiều đoạn cầu phía bờ tả bị phá, cầu bị gãy gục xuống lòng sông tạo ra những chướng ngại vật ngăn cản dòng nước qua nhánh này Năm 1973 hoà bình lập lại, cầu Long Biên được sửa chữa và buộc phải làm thêm trụ mới trong lòng sông, xây thêm nhiều

mố bảo vệ, mặt cắt ngang lạch Gia Lâm bị thu hẹp nghiêm trọng Bãi Bắc Biên do con

lũ lịch sử năm 1971 để lại nay có điều kiện phát triển mở rộng tăng thêm sức cản trong lạch Gia Lâm tạo điều kiện cho lạch Phúc Xá phát triển trở lại Nguyên nhân của lần đổi lạch lần này ta có thể thấy sức cản nhân tạo là nhân tố chính gây đổi lạch, cụ thể là:

- Phía thượng lưu cầu Long Biên, yếu tố chủ đạo phía bờ phải là dòng chảy, ở

bờ trái có yếu tố lòng dẫn ở bờ trái bãi Bắc Biên di chuyển hình thành trong vùng nước dâng, các sắt hạt mịn đã tạo ra mỏm đất khó xói nằm chéo như một chiếc mỏ hàn hướng dòng chảy vào bãi Trung Hà Hơn 20 trụ cầu Long Biên và các chướng ngại nhân tạo khác cũng làm cho yếu tố lòng dẫn trở thành chủ đạo bờ trái

- Ảnh hưởng của cầu phao Chương Dương làm thay đổi dòng chảy Dòng chảy mặt bị cản trở làm giảm lưu tốc dòng chảy chính tại phía bờ hạ lưu Cộng với việc thi công các mố cầu Thăng Long trong thời gian này có thể làm thay đổi chế độ dòng chảy vốn đã ổn định lâu nay ở đoạn Phú Gia

Về mức độ biến động thì năm 1980 đến năm 1984 là thời kỳ có nhiều biến động lớn trên đoạn sông nghiên cứu Biến động xảy ra ở tất cá các mặt: dòng chảy, lòng dẫn, trên cả ba chiều không gian, kết quả của sự biến động này được đánh dấu bằng hai sự kiện lớn:

- Bắt đầu từ mùa khô năm 1981-1982, lần đầu tiên trong hơn 40 năm khai thác cảng Hà Nội bị bồi lấp nghiêm trọng không còn hoạt động được, dưới cao trình +3,0, dòng chảy tách ra xa cảng (300á400)m

- Từ mùa khô năm 1982-1983, dưới mực nước +4,0, toàn bộ lưu lượng dòng chảy sông Hồng dông sang lạch Quýt, sau hơn 40 năm phát triển và tồn tại lạch Gia Lâm hoàn toàn phơi đáy

Lần 3: Bắt đầu từ năm 1984 đến nay, sau khi đoạn sông này đạt tới mức độ xấu nhất cho các hoạt động kinh tế vào cuối năm 1983 Sau lũ 1984 có những dấu hiệu mới

về xu thế phát triển của lòng sông Những dấu hiệu đó là:

- Sự mở rộng, nâng cao và lan truyền xuống hạ lưu của bãi An Dương, Tứ Liên

So sánh hai bình đồ tháng 5 và tháng 11 năm 1984 diện tích bãi Tứ Liên trên cao trình +5,0 đã tăng gấp đôi

- Đuôi bãi có dạng hình nêm đang lấn dần về cửa lạch Quýt, đã lấp được hố sâu

ở đỉnh cong Phúc Xá và chắn ngang dòng chảy vượt qua trước mũi đảo Trung Hà

Chiều rộng lạch ngang đã thu hẹp đáng kể, và chủ lưu dòng chảy vùng cửa Đuống đã

ép sát bãi Bắc Biên

- Đỉnh cong Bắc Biên bị xói lở mạnh, đuôi bãi Bắc Biên cũng đang bị co lại Lũ năm 1984 đã nâng dung tích dưới cao trình +10,0 của nhánh Gia Lâm từ 13,8 triệu m3tăng thêm 6,6 triệu m3 trong đó lạch Quýt từ 8,8 triệu m3 rút xuống 8,3 triệu m3

- Bãi bồi trước cảng Hà Nội sau lũ 1984 đã cắt được một đoạn đuôi khá dài so với năm 1983 và làm cho dung tích lòng sông vùng cảng dưới cao trình +5,0 từ 1,4 triệu m3 năm 1982 tăng lên 5,9 triệu m3 năm 1984

Sự phát triển nhanh chóng của Bãi Tứ Liên từ sau năm 1984 làm cho phương hướng dòng chảy thay đổi ở phía thượng lưu cửa Đuống Đuôi bãi Tứ Liên phát triển mạnh và ngày càng thu hẹp cửa vào nhánh Phúc Xá làm cho dòng chảy đi vào nhánh này gặp khó khăn hơn Như vậy, nhánh Gia Lâm có điều kiện phát triển trở lại Tới năm 1990 thì dòng chủ đã hoàn toàn ở bên nhánh Gia Lâm, đuôi bãi hình nêm ở bãi

Tứ Liên lúc này đã tách ra và nhập vào với đảo Trung Hà và làm cho đảo này kéo dài

về phía thượng lưu mở rộng về phía bờ phải dẫn đến nhánh Phúc Xá bị co hẹp lại

Có thể thấy rằng sự đổi lạch lần này do sự phát triển của bãi Tứ Liên gây ra Tuy nhiên đây mới chỉ là hệ quả của hàng loạt nguyên nhân có nguồn gốc từ phía thượng lưu, các nguyên nhân có thể là:

- Cầu Thăng Long được khánh thành và đưa vào hoạt động, hàng loạt các trụ cầu đã gây cản trở dòng chảy

- Sự hoạt động của nhà máy thủy điện Hoà Bình cũng góp phần tạo ra một số thay đổi trên đoạn sông này, đặc biệt là chế độ bùn cát

Tới năm 1998 tình hình đã khác đi, bãi Bắc Biên được bồi phía bờ thôn Bắc Cầu, lạch sâu ở nhánh Gia Lâm bị ép sát sang phía đảo Trung Hà và làm cho đảo này

bị xói và hẹp lại Vì vậy, phía vào của nhánh Phúc Xá dòng chảy sẽ đi vào thuận lợi hơn nhưng lạch Gia Lâm vẫn là lạch chính

Như vậy, tất cả công trình chỉnh trị đã xây dựng vẫn chưa ổn định được thế sông

Hình 1 1 Sơ đồ các thế sông chính Bảng 1.1: Các tham số đặc trưng của các thế sông Hồng đoạn qua Hà Nội cũ

Tầm

Xá

Bắc Cầu

Cảng Hà Nội

Bờ hữu

Không ổn định (Cảng HN- Thạch Cầu)

Bờ hữu

Bờ tả Bờ hữu

(Chương Dương)

Không

ổn định

Thanh Trì Bờ tả

(Phú Gia)

Bờ hữu (Phú Gia)

Lạch Quýt (Phúc Xá)

Thạch Cầu

Ghi chú: Phân đoạn 1- Thượng lưu cầu Thăng Long

Phân đoạn 2- Cầu Thăng Long- Cửa Đuống Phân đoạn 3- Cửa Đuống- cầu Chương Dương

1.2.8 Diễn biến đáy sông qua các thời kỳ [4]

Diễn biến dọc đường lạch sâu các năm 1976, 1991, 1994, 1997 đoạn sông nghiên cứu được thể hiện trên Hình 1.2

- Đoạn sông từ Thượng Cát đến cửa Đuống có hình dạng mặt bằng lòng sông hình sin với các bán kính cong trong khoảng (4.000 đến 7.500)m Đoạn sông này có hai hố xói cục bộ, một tại kè Thuỵ Phương, cao độ từ (-7,41 đến -8,47)m, và một tại

bờ cong Tầm Xá, cao độ đáy -2,85m

- Đoạn hạ lưu, từ cửa Đuống đến Khuyến Lương, sông Hồng uốn cong với các bán kính nhỏ hơn (2.000 đến 3.500)m Hai hố xói cục bộ ở đoạn sông này thường sâu hơn, tại khu vực kè Thanh Trì, hố xói sâu tới cao độ -12,12m, tại Bát Tràng là -11,02m

Vị trí hai hố xói này tương đối ổn định trong những năm gần đây Thượng lưu cầu Long Biên thường xuất hiện một hố xói, ở Lạch Gia Lâm phía bãi Trung Hà Hố xói này có cao độ (-5,50 đến -6,30)m

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ĐÃ CÓ

1.3.1 Các nghiên cứu của Viện Khoa học Thuỷ lợi

a) Sau lũ lịch sử 1971, Viện Khoa học Thuỷ Lợi (KHTL) nghiên cứu tuyến thoát

lũ sông Hồng đoạn Sơn Tây- Vạn Phúc trên cơ sở mô hình vật lý Mô hình có tỷ

lệ ngang 1/500, tỷ lệ đứng 1/80 Từ mô hình, Viện KHTL đã đánh giá khả năng thoát lũ của đoạn sông Những kết luận chính rút ra từ nghiên cứu này:

- Hệ thống đê bối đã thu hẹp tuyến thoát lũ rất nhiều và làm dâng cao mực nước

lũ trên tuyến sông Hồng

- Xác định được khoảng cách hợp lý giữa hai tuyến đê chính:

Từ nghiên cứu mô hình vật lý xác định được rằng, hiện nay khả năng thoát lũ giữa lòng sông và bãi sông đã mất cân đối nghiêm trọng Hầu như là không thoát qua được bãi sông do nhà cửa đan dày, phủ kín bãi sông Lưu lượng qua bãi sông chỉ chiếm từ 0,01% tới 5% lưu lượng tổng Chính vì vậy, lòng chính không đủ để thoát qua lượng lũ lớn, dẫn đến mực nước dâng cao

Từ nghiên cứu mô hình vật lý đã kiểm chứng khả năng thoát lũ của 2 phương

án quy hoạch tuyến thoát lũ TL1 và TL2 Tuyến thoát lũ TL1 dựa cơ bản vào hành lang thoát lũ của GS Vũ Tất Uyên đề xuất năm 1996 (kết quả từ mô hình toán 1D) Tuyến thoát lũ TL2 chính là hai đê chính của đoạn Hà Nội

Kết quả thí nghiệm mô hình cho biết sau khi giải phóng toàn bộ các vật cản lũ trên bãi (nhà cửa, cơ sở hạ tầng v.v ) thì mực nước Hà Nội giảm đi đáng kể: lũ càng cao mực nước càng giảm Độ hạ thấp được thay đổi từ DH = 0,03m (cấp Q = 22.030m3/s) tới DH = 0,18m (cấp Q = 32.000m3/s)

Với tuyến TL2 mực nước giảm đi sau khi thực hiện giải pháp tăng bãi sông là

từ 0,04 m (cấp Q = 22.030m3/s) tới DH = 0,22 m (cấp Q = 32.000m3/s)

Dựa vào tình hình thực tế của đoạn sông Hà Nội, trong đó khó khăn nhất là việc giải phóng mặt bằng và nguồn kinh phí có thể khả thi Dự án đã đề xuất phương án trước mắt là thực hiện xây dựng dải phân cách 50m Dải phân cách 50m chỉ giới chống lấn chiếm, bao lấy khu vực dân cư trên bãi sông hiện nay Chỉ giới này rộng 50m Có đường đi và hàng cây xanh Đây coi như là bước khởi động tạo đà để thực hiện các tuyến thoát lũ Đồng thời chặn đứng được sự lấn chiếm đang ồ ạt diễn ra

Từ nghiên cứu mô hình cũng đã chọn được tuyến chỉnh trị ổn định đoạn sông

Hà Nội Tuyến chỉnh trị đoạn sông Hà Nội lấy thế sông A là thế sông xuôi thuận về thuỷ lực, thuận lợi cho chống lũ an toàn đê điều, phát triển thuỷ lợi, giao thông thuỷ, khai thác vận hành cảng Hà Nội cùng với các yêu cầu của phát triển đô thị

Để thực hiện tuyến chỉnh trị ổn định, đã đề xuất 2 phương án bố trí công trình

1.3.2 Nghiên cứu quy hoạch tăng khả năng thoát lũ sông Hồng của Cục Đê điều

Năm 1973, Cục Đê điều Bộ Thuỷ lợi lập báo cáo quy hoạch tăng khả năng thoát

lũ của sông Hồng Nội dung chính của báo cáo là: quy hoạch lại việc sử dụng bãi sông, san phá các đê bối cản trở thoát lũ, mở rộng tuyến đê chính ở chỗ quá hẹp, cắt thẳng những chỗ lòng sông quá cong

Chính phủ đã có nghị quyết 28-CP ngày 16/2/1973 về việc thu dọn các chướng ngại cản dòng chảy và chỉ thị 181TTg ngày 13/7/1974 thanh thải vật cản dòng chảy do hậu quả chiến tranh gây ra trong hai năm 1974-1975

Từ năm 1973 đến năm 1975, việc san phá bối, trục vớt cầu sập và tàu thuyền chìm đắm ở lòng sông được tiến hành khá tích cực Những năm sau đó, công tác theo dõi đôn đốc không liên tục, nên việc san phá bối không làm được như kế hoạch đặt ra Một số đã san phá được đắp trở lại Một số bối mới được đắp thêm

Qua các kết quả điều tra, sau hơn 20 năm thực hiện việc cải tạo lòng sông, tăng khả năng thoát lũ, số đê bối trên sông Hồng không giảm mà tăng thêm 3 cái

Số bối tăng thêm thường thuộc địa phận các tỉnh Thái Bình, Nam Hà Do tích cực san phá, số bối thuộc địa phận Hà Tây - Hà Nội đã giảm đáng kể Trong đó bối Tầm Xá, một phần bối Tứ Liên đã được phá bỏ Song bối Đông Dư - Thạch Cầu - Bát Tràng - Xuân Quan, Thanh Trì lại được tôn cao mở rộng

1.3.3 Dự án "Hệ thống kè cứng hoá bờ sông Hồng và đường đỉnh kè thành phố Hà Nội", do Tổng công ty Tư vấn Xây dựng Thuỷ lợi I (HEC-I) lập năm 2002

Nội dung cải tạo đoạn sông Hồng thành phố Hà Nội giai đoạn I:

1- Xây dựng hệ thống kè cứng hoá bờ sông Hồng và đường đỉnh kè

2- Xây dựng mốc giới kiên cố xác định tuyến thoát lũ sông Hồng đoạn Hà Nội

- Bờ hữu từ Liên Mạc huyện Từ Liêm đến Bạch Đằng quận Hai Bà Trưng

- Bờ tả từ Bắc Cầu đến Bát Tràng huyện Gia Lâm

3- Cùng với dự án này, ngành Giao thông tiến hành cải tạo giao thông thuỷ nội địa sông Hồng đoạn Hà Nội trên cơ sở quy hoạch tổng thể vùng bãi sông Hồng đoạn

Hà Nội, tuyến lòng sông ổn định - tuyến chỉnh trị - tuyến thoát lũ đã được khẳng định

4- Các ngành xây dựng đô thị và du lịch trên cơ sở quy hoạch tổng thể vùng bãi sông Hồng đoạn Hà Nội và hệ thống kè cứng hoá bờ và đường đỉnh kè sông Hồng đoạn Hà Nội, mốc giới của tuyến thoát lũ đã được xác định cải tạo đô thị vùng bãi nằm ngoài hệ thống kè cứng hóa bờ sông Hồng và đường đỉnh kè đoạn Hà Nội

1.3.4 Các nghiên cứu của Bộ GTVT

(Viện KSTK GTVT nay là TEDI và các công ty nước ngoài làm theo các dự án của Bộ GTVT)

1- Đầu thập kỷ 80 thế kỷ trước, Viện Khảo sát - Thiết kế Đường thủy (nay thuộc TEDI) chủ trì đề tài NCKH cấp nhà nước "Chống bồi lấp cảng Hà Nội" Công tác nghiên cứu được thực hiện rất quy mô trên mô hình vật lý ở khu thí nghiệm Hải Bối Kết quả nghiên cứu được ứng dụng vào thực tế đã kết hợp những công trình điều chỉnh dòng chảy và nạo vét, đã thành công trong việc đưa chủ lưu sông Hồng về lại lạch Gia Lâm và cảng Hà Nội Sau đó để củng cố sự ổn định luồng lạch còn tăng cường các cụm công trình vùng bãi Tầm Xá và bãi Thạch Cầu

2- Các công ty nước ngoài tham gia các dự án của Bộ GTVT có liên quan đến đoạn sông Hồng qua Hà Nội có HASCONING (Hà Lan) và JICA (Nhật Bản)

JICA (Japan International Cooperation Agency) đã tiến hành nghiên cứu về "Hệ thống vận tải thuỷ nội địa trên sông Hồng", trong đó trọng điểm nghiên cứu về luồng lạch giao thông thuỷ và hệ thống cảng ở khu vực Hà Nội Báo cáo cuối cùng được trình lên Bộ GTVT đầu năm 2003 Trong đó nội dung quan trọng là:

- Quy hoạch hệ thống cảng như hình 1.2 thể hiện

- Luồng lạch và công trình chỉnh trị luồng lạch như hình 1.10 thể hiện

Chú ý rằng, tuyến đường thuỷ vạch cho lòng dẫn ở mực nước +6,0m và tuyến chỉnh trị vẫn giữ trạng thái phân lạch ở vùng Tầm Xá và vùng Tứ Liên - Trung Hà

Các biện pháp công trình được phân thành 2 giai đoạn để hoàn thiện dần: giai đoạn 2010 và giai đoạn 2020

3- Hiện nay TEDI đang được Bộ GTVT giao nhiệm vụ lập dự án NCKT về

"Cải tạo giao thông thuỷ sông Hồng khu vực Hà Nội", chủ yếu lấy kết quả nghiên cứu của JICA làm căn cứ cho việc lập quy hoạch tuyến luồng và thiết kế công trình ổn định luồng lạch Nhưng TEDI vạch tuyến chỉnh trị cho lòng dẫn ở mực nước +9,0m

1.3.4 Nhận xét

a) Những vấn đề đã được khẳng định

Lòng dẫn sông Hồng khu vực Hà Nội đang bị nhiều tác động bất lợi làm suy giảm khả năng thoát lũ, nhất là sự khai thác vô kế hoạch vùng bãi

Diễn biến đoạn sông nghiên cứu chủ yếu là dịch chuyển qua lại của lạch chính

và lạch phụ trong đoạn sông phân lạch, thế sông thuận lợi nhất cho việc thoả mãn các yêu cầu khai thác và phát triển kinh tế trên đoạn sông nghiên cứu là thế sông A1, mà lòng sông năm 1962 là hình ảnh tiêu biểu

Tỷ lệ phân lưu sông Đuống đã tăng lên trong những năm gần đây, mùa lũ là 30%, mùa kiệt là 27% Đây là tỷ lệ tương đối hợp lý cần khống chế ổn định

Hiệu quả công trình đã xây dựng là có, song chưa cao, cần phải hoàn chỉnh đồng bộ

Cần phải tôn tạo, chỉnh trang đoạn sông Hồng qua Hà Nội theo các tiêu chí tổng hợp kỹ thuật - công nghệ - môi trường và cảnh quan

b) Các vấn đề tồn tại

- Trị số dâng cao mực nước do suy giảm khả năng thoát lũ của lòng dẫn chưa được đánh giá định lượng một cách thống nhất, lý do là cách phân tích quan hệ Q - H không như nhau

- Chưa lý giải được đầy đủ các nguyên nhân gây ra dâng nước mùa lũ, ngoài việc xây dựng nhà cửa và công trình trong lòng sông còn có nguyên nhân gì nữa

- Đối tượng tác động và đối tượng chỉnh trị của công trình chỉnh trị chưa được xác định rõ ràng, thể hiện cách bố trí công trình không thống nhất với cao trình đỉnh công trình khác nhau giữa các tác giả

- Tuyến thoát lũ chưa có đầy đủ cơ sở khoa học

- Việc có hay không duy trì trạng thái phân lạch trong tuyến chỉnh trị

- Do trước đây, các nghiên cứu tiến hành riêng biệt cho từng ngành, nên chưa

có một nghiên cứu tổng hợp xem xét đầy đủ mọi khía cạnh một cách tổng thể

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TREM

M t

   u v h

y h u x S x

Z gh y

vM x

uM t

' '

Z gh y

vN x

uN t

' '

by: thành phần ứng suất tiếp đáy; 2 2

'v,'v'u,'

 : thành phần tenxơ ứng suất Râynon trung bình thuỷ trực;

K x

u D

3

2 2

u D v

K y

u D

3

22

Các phương trình trên được chuyển thành hệ toạ độ phi tuyến không trực giao theo Nagata (2000), tức là hệ toạ độ theo hướng chảy

1)(

b

D E J Jq Jq

1qdiv

x x

n b y

x S b y

x n b S

b S

n

yn

xq

S

yS

xq

nq

b S

nq

n

y n

x q

S

y S

Sau khi biến đổi thu được:

b S

b n

b y x

S b y x

VJ

1qV

uV

vq

V

vV

b n

b y x

S b y x

VJ

1qV

uV

vq

V

vV

)s

11()s2

1

|1()

s

11(

aq

C C

* co C

co

*

C

2 / 1

*

s

b

2 / 1

v))(

(

a

* co

c

* b

* b

* co

*

* co

*

c

2 / 1 n

b

2 / 1 2 / 1

*

(2.16)

trong đó: * n *

b s

Các ký hiệu khác như trước đây

2.1.4 Biến đổi phương trình tải cát đáy

Để giải phương trình liên tục, phương trình (2.15) và (2.16) được biến đổi thành các toạ độ (,) thay cho toạ độ(s,n) Mỗi số hạng trong các phương trình này được biến đổi như sau:

1s

(JV

1n

(2.19)

5) Phương trình liên tục của bùn cát lơ lửng

Trong toạ độ Đêcac phương trình liên tục của bùn cát lơ lửng có dạng như sau:

0)DE(y

Chyx

Chxy

)CQ(x

)CQ(t

)

Ch

(

R R y

x

y x

g C J

g (

h

) C J

g C J

g ( h ) C J

g C J

g ( h ) JCQ ( ) JCQ ( )

11 h

12 22

h 12

22 h

vô hướng  bởi dòng chảy có dạng tích phân:

)4()

3()

2()

1(

dqndSgradVndS

Trong phương trình (2.22),  và S là thể tích và diện tích bao quanh thể tích kiểm tra CV(control volume)

n: vectơ đơn vị vuông góc với mặt S và hướng lên trên; v: là vectơ tốc độ chất lỏng; S: mật độ của hỗn hợp nước và bùn cát

Số hạng (1) là tỷ số sự biến đổi của lượng bên trong thể tích kiểm tra CV

Số hạng (2) là thông lượng tinh của lượng vận chuyển  qua biên CV bởi cơ chế trao đổi

Số hạng (3) là thông lượng tinh của lượng vận chuyển  qua biên CV bởi cơ chế khuếch tán

Số hạng (4) là nguồn hoặc ra của lượng  xảy ra bên trong CV

Việc rời rạc hoá FVM bao gồm 2 bước: Trước hết là xấp xỉ tích phân trong biểu thức (2.22) và bước thứ hai là nội suy Kết quả cuối cùng của quá trình rời rạc hoá là một hệ thống phương trình đại số cần thiết để giải bằng các phương pháp qui ước Nói chung, FVM là một xấp xỉ ưu thế của phương pháp sai phân hữu hạn (FDM), ở đó đặc trưng của cân bằng khối nước là chính lượng trữ trong thể tích kiểm tra CV bao quanh một nút tính toán

Phương trình liên tục của nồng độ bùn cát lơ lửng trong hệ thống toạ độ chung

có dạng:

E D  0J

CJ

gCJ

gh

CJ

gCJ

ghJCQ

JCQCh

tJ

R R 12

11 h

12 22

     

0)(2

2

)(2)(22

22

2

1 , 1

,

21 11

1

,

12 22

1 , 1

, 1

, 1

,

12 11

1

,

12 22

1 , 1

, 1

j h

n

j h

n j n

j n

j R R n

j h

n

j h

n j n

j n

j

Ch J C J

g C J

g h t C

J

g C J

t D

E tJ C

J

g C J

g

h

t

C J

g C J

g h

t JCQ

t JCQ

2.2.2 Lời giải ma trận hệ số 9 đường chéo

Từ các đạo hàm trên, phương trình vận chuyển bùn cát lơ lửng trong hệ toạ độ không trực giao trong dạng gián đoạn cho thể tích kiểm tra Cv(i,j) là:

b

=1 1 , 1 9 1 1 , 1 8 1 1 , 1 7 1 1 , 1 6 1 1 , 5 1 1 , 4 1 , 1 3 1 , 2

j i n

j i n

j i n

j n

j n

j i n

j n

j i j i j i j i

j i j i j i j i

j i A j i j i j i j i j i j i j i j i j i

j i j i j i j i

E E

F B

a

F B E

E a

G G

D A

a

H J F F

D D

B B

A A

a

D A G

G a

, , 1 1

, 1 , 5

, , ,

, 1 4

, 1 , ,

1 ,

1 3

, , ,

1 , ,

, 1 ,

1 , ,

, 1 2

, , ,

1 , 1

, , 1 8

1 , , 7

, , 6

j j i

j j

j j

G E

a

G E

a

G E a

G E

a

Ở đây áp dụng kỹ thuật khử đuổi (từng dòng-line by line) để giải các phương trình

2.2.3 Gián đoạn hoá phương trình Exner

Viết phương trình Exner trong dạng:

b

DEJJqJq

1

1t

j

b

q q

J J q

q J J

25 , 0 A

j

b

q q

J J q

q J J

25 , 0 B

DE

JBAJ1

2.3 ĐIỀU KIỆN BIÊN

2.3.1 Điều kiện biên thuỷ lực

Biên thuỷ lực ở mặt cắt thượng lưu là quá trình lưu lượng, có thể thu được từ tài liệu thực đo Biên hạ lưu có thể là quá trình mực nước, hoặc quan hệ mực nước-lưu lượng, cũng có thể thu được từ tài liệu thực đo Tuy nhiên nhiều khi tại biên không có tài liệu đo đạc, khi đó để thu được biên có thể tính toán theo các mô hình 1 chiều như

HEC-RAS, VRSAP, MIKE 11 hay HEC-6 MIKE 11 hay HEC-6 có thuận lợi là cho ta

cả biên bùn cát

2.3.2.Điều kiện biên bùn cát

Biên dạng Dirichler được áp dụng Bùn cát vào mặt cắt thượng lưu nhận được thông qua quan hệ lưu lượng nước-lưu lưọng bùn cát, có dạng như sau:

a

s bQ

trong đó Qs là lưu lượng bùn cát; Q là lưu lượng nước; a và b là các hệ số, các

hệ số này có thể thu được khi lập tương quan giữa lượng nước và lưu lưọng bùn cát dựa trên số liệu thực đo hay tính theo các mô hình MIKE 11 hay HEC-6 nói trên Lưu

ý rằng mô hình này sử dụng phương pháp thể tích kiểm tra, do đó phải chuyển đổi nồng độ bùn cát sang dạng nồng độ thể tích Các quan hệ chuyển đổi như sau:

1000 '