Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

Ngày 06122013 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Dự án Vệ sinh môi trường TP. Hồ Chí Minh giai đoạn 2. Dự án được xây dựng với mục tiêu hoàn chỉnh hệ thống thu gom, xử lý nước thải cho toàn bộ lưu vực sông Nhiêu Lộc Thị Nghè và Quận 2, nhằm cải thiện và nâng cao sức khỏe của người dân TP. Hồ Chí Minh, khôi phục và bảo tồn hệ sinh thái sông Sài Gòn và hạ lưu sông Đồng Nai, cải tạo, chỉnh trang đô thị và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của người dân. Khu đất dự kiến xây dựng nhà máy xử lý nước thải thuộc dự án “Vệ sinh môi trường TP.Hồ Chí Minh giai đoạn 2” rộng gần 37 ha. Khu đất hiện tại đang bị chia cắt làm hai bởi rạch Phú Mỹ. Do đó việc triển khai bố trí xây dựng các hạng mục của nhà máy trên khu đất gặp nhiều khó khăn cũng như làm tăng thêm chi phí trong việc lắp đặt thiết bị công nghệ và kết nối hai khu vực. Để loại trừ khó khăn này theo nghiên cứu khả thi do bên tư vấn lập thì cần thiết phải lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay. Khi lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay sẽ dẫn đến sự thay đổi thủy động lực dòng chảy, sự phân bố lưu tốc và sự bồi xói, đặc biệt có thể làm giảm khả năng thoát nước của vùng. Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán các vấn đề nêu trên khi xây dựng công trình là cần thiết phải thực hiện. Có nhiều phương pháp để nghiên cứu giải quyết các vấn đề đặt ra ở trên. Một trong các phương pháp cho kết quả tin cậy, nhanh chóng và đỡ tốn kém là phương pháp mô hình toán. Các kết quả tính toán từ mô hình toán sẽ là căn cứ khoa học để lựa chọn giải pháp xây dựng công trình hợp lý, hiệu quả và tối ưu. Đây cũng là lý do để thực hiện chuyên đề này.

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TRƯỜNG DÒNG CHẢY, LỚP BÙN CÁT ĐÁY VÀ

TIÊU THOÁT NƯỚC PHỤC VỤ DỰ ÁN

VỆ SINH MÔI TRƯỜNG THÀNH PHỐ

GIAI ĐOẠN 2

TP HCM 2014

Viết tắt và các thuật ngữ dùng trong báo cáo

- BĐKH (CC): Biến đổi khí hậu - Climate Change

- CSDL: Cơ Sở Dữ Liệu

- CT40m: phương án công trình với chiều rộng sông 40m

- CT60m: Phương án công trình với chiều rộng sông 60m

- GMĐB: Gió mùa Đông Bắc

- GMTN: Gió mùa Tây Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 5

DANH MỤC BẢNG 8

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 9

1.1 Sự cần thiết thực hiện chuyên đề 9

1.2 Phạm vi nghiên cứu 9

1.3 Đối tượng, mục tiêu và phương pháp tiếp cận 11

1.4 Nội dung nghiên cứu 11

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 12

2.1 Khí hậu 12

2.2 Thủy văn 13

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

3.1 Các bước công tác 14

3.2 Phân tích đối tượng nghiên cứu 15

3.3 Đề xuất mô hình cần dùng 15

CHƯƠNG 4: LƯỚI TÍNH VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU (CSDL) PHỤC VỤ CHO TÍNH TOÁN MÔ HÌNH 18

4.1 Lưới tính vùng nghiên cứu 18

4.2 CSDL phục vụ cho tính toán mô hình 21

4.2.1 CSDL đầu vào cho mô hình 21

4.2.2 CSDL để hiệu chỉnh mô hình 22

CHƯƠNG 5: HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH 23

5.1 Yêu cầu kỹ thuật 23

5.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình 23

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 28

6.1 Phương án hiện trạng 28

6.1.1 Kết quả tính toán thủy lực phương án hiện trạng 28

6.1.1.1 Mực nước 28

6.1.1.2 Dòng chảy 31

6.1.2 Kết quả vận chuyển bùn cát, bồi xói phương án hiện trạng 35

6.2 Phương án xây dựng công trình 37

6.2.1 Kết quả tính thủy lực khi xây dựng công trình 39

6.2.1.1 Mực nước 39

6.2.1.1 Dòng chảy 44

6.2.1.3 Lưu lượng 51

6.2.3 Kết quả vận chuyển bùn cát khi xây dựng công trình 54

6.3 Mô phỏng tính toán tiêu thoát nước 56

KẾT LUẬN 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Vùng nghiên cứu mở rộng và vùng nghiên cứu chi tiết 10

Hình 2: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu mở rộng 19

Hình 3: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu chi tiết 19

Hình 4: Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khixây dựng công trình CT40m 20

Hình 5 Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khi xây dựng công trình CT60m 20

Hình 6 Đường quá trình mực nước trạm Thủ Dầu Một 21

Hình 7 Đường quá trình mực nước trạm Biên Hòa 21

Hình 8 Đường quá trình mực nước trạm Nhà Bè 22

Hình 9: Vị trí ba trạm đo thủy văn 22

Hình 10: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 1 24

Hình 11: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 1 24

Hình 12 Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 1 25

Hình 13: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 2 25

Hình 14: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 2 25

Hình 15 Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 2 26

Hình 16: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 3 26

Hình 17: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 3 26

Hình 18: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong GMĐB 29

Hình 19 Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong gió mùa Tây – Tây Nam 30 Hình 20: Trường mực nước vào thời điểm chân triều trong GMĐB 30

Hình 21 Trường mực nước vào thời điển chân triều trong gió mùa Tây Nam 31

Hình 22: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa khô 32

Hình 23: Trường dòng chảy lúc triều xuống vào mùa khô 33

Hình 24: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa mưa 33

Hình 25: Trường dòng chảy lúc triều xuống vào mùa mưa 34

Hình 26: Bề dày lớp bồi xói sau một năm trong điều kiện tự nhiên 36

Hình 27 Mặt bằng tổng thể Phương án công trình- CT40m 38

Hình 28 Kích thước mặt cắt kênh Ngọn Ngay khi xây dựng công trình CT40m 38

Hình 29 Mặt bằng tổng thể phương án công trình CT60m 39

Hình 30 Kích thước mặt cắt kênh Ngọn Ngay khi xây dựng công trình CT60m 39

Hình 31: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trên nền Phương án CT40m 41

Hình 32 Trường mực nước thời điểm chân triều trên nền phương án CT40m 42

Hình 33: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trên nền phương án CT60m 42

Hình 34 Trường mực nước thời điểm chân triều trên nền phương án CT60m 43

Hình 35 Vị trí trích xuất kết quả mực nước 43

Hình 36 Kết quả mực nước tại thời điểm đỉnh triều của các phương án 44

Hình 37: Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước cao trên nền phương án CT40m 45

Hình 38 Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước thấp trên nền phương án CT40m 46

Hình 39: Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước cao trên nền phương án CT40m 46

Hình 40.Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước thấp trên nền phương án CT40m 47

Hình 41: Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước cao trên nền phương án CT60m 47

Hình 42 Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước thấp trên nền phương án CT60m 48

Hình 43: Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước cao trên nền phương án CT60m 48

Hình 44 Trường dòng chảy khitriều xuống vào thời điểm mực nước thấp trên nền phương án CT60m 49

Hình 45 Vị trí trích xuất kết quả vận tốc 49

Hình 46 Tốc độ dòng chảy lớn nhất tại 10 vị trí trên rạch Ngọn Ngay và đoạn nắn dòng rạch Phú Mỹ 50

Hình 47 Tốc độ dòng chảy lớn nhất tại 9 vị trí trên rạch Ngọn Ngay 51

Hình 48: Vị trí hai mặt cắt 52

Hình 49: Lưu lượng qua mặt cắt MC1 trước và sau khi xây dựng công trình 53

Hình 50: Lưu lượng qua mặt cắt MC2 trước và sau khi xây dựng công trình 53

Hình 51: Bề dày lớp bồi xói sau một năm khi xây dựng công trình CT40m 55

Hình 52 Bề dày lớp bồi xói sau một năm khi xây dựng công trình CT60m 56

Hình 53: Địa hình và lưới tính cho phương án quy hoạch với CT40m 58

Hình 54 Địa hình và lưới tính cho phương án quy hoạch với CT60m 59

Hình 55 Mực nước tại thời điểm đỉnh triều với phương án CT40m 61

Hình 56 Trường mực nước tại thời điểm đỉnh triều với phương án CT60m 62

Hình 57 Vị trí các điểm trích xuất kết quả mực nước 63

Hình 58 Biểu đồ so sánh giá trị mực nước lớn nhất tại các vị trí của hai phương án CT40m và CT60m 63

Hình 59 Độ sâu ngập lớn nhất ứng với phương án CT40m 64

Hình 60 Độ sâu ngập lớn nhất ứng với phương án CT60m 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Kết quả tốc độ dòng chảy lớn nhất trong năm 50Bảng 2: Bảng tần suất mưa 57Bảng 3 Bảng tổng kết 67

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Sự cần thiết thực hiện chuyên đề

Ngày 06/12/2013 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Dự án "Vệ sinh môi

trường TP Hồ Chí Minh giai đoạn 2" Dự án được xây dựng với mục tiêu hoàn

chỉnh hệ thống thu gom, xử lý nước thải cho toàn bộ lưu vực sông Nhiêu Lộc - Thị Nghè và Quận 2, nhằm cải thiện và nâng cao sức khỏe của người dân TP Hồ Chí Minh, khôi phục và bảo tồn hệ sinh thái sông Sài Gòn và hạ lưu sông Đồng Nai, cải tạo, chỉnh trang đô thị và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của người dân

Khu đất dự kiến xây dựng nhà máy xử lý nước thải thuộc dự án “Vệ sinh môi trường TP.Hồ Chí Minh giai đoạn 2” rộng gần 37 ha Khu đất hiện tại đang bị chia cắt làm hai bởi rạch Phú Mỹ Do đó việc triển khai bố trí xây dựng các hạng mục của nhà máy trên khu đất gặp nhiều khó khăn cũng như làm tăng thêm chi phí trong việc lắp đặt thiết bị công nghệ và kết nối hai khu vực Để loại trừ khó khăn này theo nghiên cứu khả thi do bên tư vấn lập thì cần thiết phải lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay

Khi lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay

sẽ dẫn đến sự thay đổi thủy động lực dòng chảy, sự phân bố lưu tốc và sự bồi xói, đặc biệt có thể làm giảm khả năng thoát nước của vùng Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán các vấn đề nêu trên khi xây dựng công trình là cần thiết phải thực hiện

Có nhiều phương pháp để nghiên cứu giải quyết các vấn đề đặt ra ở trên Một trong các phương pháp cho kết quả tin cậy, nhanh chóng và đỡ tốn kém là phương pháp mô hình toán Các kết quả tính toán từ mô hình toán sẽ là căn cứ khoa học để lựa chọn giải pháp xây dựng công trình hợp lý, hiệu quả và tối ưu Đây cũng là lý do để thực hiện chuyên đề này

Vùng nghiên cứu chi tiết bao chọn vùng dự án xây dựng nhà máy xử lý nước thải

Hình 1: Vùng nghiên cứu mở rộng và vùng nghiên cứu chi tiết

1.3 Đối tượng, mục tiêu và phương pháp tiếp cận

* Đối tượng nghiên cứu là:

Chế độ thủy động lực dòng chảy, diễn biến bồi xói và ngập lụt trước và sau khi xây dựng công trình chuyển dòng rạch Phú Mỹ sang rạch Ngọn Ngay

* Mục tiêu:

 Mô phỏng thủy động lực học, vận chuyển bùn cát, khả năng tiêu thoát nước trước và sau khi xây dựng công trình;

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích nghiên cứu xác định nguyên nhân bồi lấp cũng như đưa một số giải pháp công trình phù hợp trên cơ sở tính toán bằng phương pháp mô hình toán;

- Xây dựng và số hóa các CSDL nhập để chạy các loại mô hình;

- Hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình tính toán và các CSDL nhập;

- Phân tích kết quả tính toán để:

o Rút ra các kết luận về chế độ thủy lực dòng chảy, diễn biến bồi xóivà tình trạng ngập lụt trước và sau khi chuyển dòng Phú Mỹ sang rạch Ngọn Ngay;

o Dự báo hệ quả tác động của việc xây dựng công trình;

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 Khí hậu

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Cũng như các tỉnh ở Nam bộ, đặc điểm chung của khí hậu-thời tiết TPHCM là nhiệt độ cao đều trong năm và có hai mùa mưa – khô rõ rệt Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

- Nhiệt độ: Do ảnh hưởng của xích đạo nên nhiệt độ khá ổn định, nhiệt độ không khí

trung bình 270C Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,80C), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và tháng 1 (25,70C)

- Bức xạ và chiếu sáng:Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm

Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ.Ðiều kiện nhiệt độ và ánh sáng thuận lợi cho sự phát triển các chủng loại cây trồng và vật nuôi đạt năng suất sinh học cao; đồng thời đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa trong các chất thải, góp phần làm

giảm ô nhiễm môi trường đô thị

- Mưa: Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và

năm nhỏ nhất 1.392 mm (1958) Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày Khoảng 90% lượng mưa hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11; trong đó hai tháng 6 và 9 thường có lượng mưa cao nhất Các tháng 1,2,3 mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam - Ðông Bắc Ðại bộ phận các quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các quận huyện phía Nam và Tây Nam

- Gió: Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là

gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ trung bình 3,6m/s và gió thổi mạnh nhất vào tháng 8, tốc độ trung bình 4,5 m/s Gió Bắc- Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2, tốc độ trung bình 2,4 m/s Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, khoảng từ tháng 3 đến tháng

5 tốc độ trung bình 3,7 m/s Về cơ bản TPHCM thuộc vùng không có gió bão Năm

1997, do biến động bởi hiện tượng El-Nino gây nên cơn bão số 5, chỉ một phần huyện Cần Giờ bị ảnh hưởng ở mức độ nhẹ

- Ẩm độ: Ðộ ẩm tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa

80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20%

2.2 Thủy văn

Khu vực dự án thuộc phường Mỹ Lợi, Quận 2, TP Hồ Chí Minh Trên VNC có

3 con sông chính là rạch Phú Mỹ, rạch Ngòi Ngay và rạch Kỳ Hà Rạch Phú Mỹ là con sông cụtdài khoảng 2.5km, dòng sông rất cong.Rạch Kỳ Hà, đoạn chảy qua vùng dự

án có lòng sông khá thẳng và ổn định, sông rộng khoảng 40.m Rạch Ngòi Ngay dài khoảng 700m nối rạch Phú Mỹ với rạch Kỳ Hà, lòng sông rộng khoảng 12m Chế độ dòng chảy trên cả ba sông này phụ thuộc trực tiếp vào chế độ thủy triều của vùng hạ luu sông Sài Gòn Đồng Nai

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Chạy mô hình Mike 21/3 Coupled Model FM

- Mô phỏng thủy lực dòng chảy khu vực cần tính toán trong điều kiện tự nhiên;

- Trích lấy các biên đầu vào cho mô hình chi tiết

- Xây dựng lưới cho khu vực tính toán chi tiết

- Mô phỏng thủy lực dòng chảy và bồi xói khu vực tính toán chi tiết trong trường hợp tự nhiên;

- Đưa ra các phân tích, nhận xét và đánh giá về chế độ thủy động lực dòng chảy

và bồi xói khu vực tính toán khi chưa có công trình kè

- Xác định vị trí xây dựng nắn dòng chảy;

- Xây dựng lưới tính mới khi nắn dòng chảy;

- Mô phỏng thủy lực dòng chảy và bồi xói khu vực cần tính toán bằng phương pháp mô hình toán khi có công trình;

- Đưa ra các nhận xét, phân tích, đánh giá về sự thay đổi thủy lực dòng chảy, và bồi xói dưới tác động của công trình kè;

- So sánh về sự thay đổi thủy lực, hướng dòng chảy và bồi xói của trước và sau khi có công trình kè

- So sánh về diện tích ngập lụt trong trường hợp xây dựng công trình ứng với các tần suất mưa 1%, 5% và 10%

3.2 Phân tích đối tượng nghiên cứu

Như chúng ta đã biết, phân tích đối tượng nghiên cứu là luận cứ xuất phát và cơ

sở thực tế quan trọng hàng đầu để chọn phương pháp và quy trình nghiên cứu tối ưu

Vùng nghiên cứu thuộc phường Mỹ Lợi, Quận 2, TP Hồ Chí Minh Vùng có ba sông chính là Rạch Phú Mỹ, rạch Ngòi Ngay và rạch Kỳ Hà Để xây dựng nhà máy xử

lý nước thải nên cần thiết phải lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước

về rạch Ngọn Ngay

3.3 Đề xuất mô hình cần dùng

Các quá trình dòng chảy, vận chuyển bùn cát, bồi/xói và cân bằng vật chất tại vùng nghiên cứu (VNC) và lân cận nói riêng thay đổi liên tục vì chúng phụ thuộc vào nhiều cơ chế biến động mạnh theo thời gian và không gian

Theo chúng tôi, mô hình toán cần chọn nhằm thực hiện chuyên đề này phải có đủ công cụ, tính năng và chức năng để giải quyết được các bài toán và vấn đề đặt ra ở trên, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến biên mềm và biên di động Mô hình tích hợp MIKE21/3 Coupled Model FM là một trong số rất ít mô hình toán hiện đại đáp ứng được các yêu cầu nêu trên

Phân tích đối tượng nghiên cứu và VNC, chúng ta còn thấy những điểm rất quan trọng cần lưu ý khi chọn mô hình toán như sau:

1 VNC là vùng nước nông, độ dốc đáy tương đối nhỏ, do đó mô hình thủy lực số về vận chuyển bùn cát và bồi xói trong dòng không ổn định 2 chiều ngang là công cụ đáng tin cậy và hiệu quả Riêng các quá trình động lực, ngoài mô hình 2 chiều tích hợp với mô hình phổ sóng, mô hình vận chuyển bùn, mô hình vận chuyển cát, mô hình biến đổi lòng dẫn, đôi khi có thể cần đến mô hình 3 chiều không gian khi độ phân tầng của nước trở nên đáng kể (tại vùng cửa sông) Mô hình tích hợp MIKE21/3 Coupled Model FM đáp ứng được các nhu cầu này

2 Các quá trình thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại VNC diễn ra

trên một vùng rộng nên mô hình thủy lực số trên lưới phi cấu trúc là lựa chọn

hợp lý để tính toán mô phỏng chúng tại VNC Việc sử dụng mô hình thủy lực số trên lưới như vậy cho phép nâng cao độ phân giải theo phương ngang để mô phỏng, xấp xỉ các ngõ ngách, đường bờ quanh co, các luồng tàu, các công trình bến, bể cảng, luồng tàu…, góp phần rất quan trọng để tăng độ tin cậy của kết quả tính toán Thậm chí, có thể nói rằng, đối với việc ứng dụng phương pháp mô hình toán để

nghiên cứu các quá trình trong vùngdự án, vấn đề có được lưới tính hợp lý, tối ứu

là vấn đề quan trọng hàng đầu Cụ thể, đối với VNC trong chuyên đề này, lưới tính phần tử tam giác (trong mô hình 2 chiều) và lăng trụ đáy tam giác (trong mô hình 3 chiều) là lựa chọn tối ưu Lưới tính theo chuẩn của mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM đáp ứng rất tốt đòi hỏi này

Một số tiêu chí khác cần bảo đảm khi chọn mô hình, bảo đảm tính khả thi và hiệu quả của chuyên đề, bao gồm:

 Mô hình được chọn phải có lõi học thuật bảo đảm, được công nhận trên thế giới và

ở VN và để giải quyết bài toán về thủy động lực, phổ sóng, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại VNC là vùng nước nông, trong đó dao động triều đóng vai trò khống chế, vị trí đường bờ thay đổi liên tục trên không gian rộng lớn, ảnh hưởng của sóng

và dòng chảy đều quan trọng; các quá trình vận chuyển bùn, cát mịn kết dính, kết bông, cát rời đều có mặt và có vai trò tương đương nhau; bồi xói diễn ra mạnh

mẽ và ảnh hưởng sâu sắc đến địa hình đáy, bờ Do đó, mô hình thủy động lực, sóng, vận chuyển bùn, cát đầy đủ cho dòng không ổn định 2 và 3 chiều tích hợp tất

cả chúng lại một hệ thống nhất, khép kín là lựa chọn tối ưu cho VNC Theo nghĩa này, các nội dung học thuật của mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM đáp ứng đáp ứng được tiêu chí này

 Mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM là mô hình thuộc họ MIKE là sản phẩm thương mại nổi tiếng của Viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI) và đã được DHI nghiên cứu và phát triển liên tục trong hơn 20 năm qua, đã được điều chỉnh thông qua trên

400 ứng dụng trên thế giới và nhiều công trình ở Việt Nam Đây là một mô hình thủy lực số đã được kiểm định chặt chẽ về mặt học thuật và ứng dụng thực tế rộng rãi ở Việt Nam và thế giới Sử dụng MIKE21/3 Coupled Model FM sẽ thỏa mãn được các tiêu chuẩn Quốc tế

 Mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM là sản phẩm mới (xây dựng năm 2004 - 2011) và tiến bộ nhất của bộ phần mềm chuyên dùng họ MIKE, gồm nhiều module được xây dựng để sử dụng trong 4 lĩnh vực chính: thuỷ lực sông biển và hải văn, sóng, các quá trình sa bồi và thuỷ lực môi trường Đây là mô hình thủy lực số trên lưới phi cấu trúc được tích hợp để mô phỏng các quá trình thủy lực có kết hợp chặt chẽ với nhau trên vùng nước nông, là dòng chảy, sóng và vận chuyển vật chất

(trong đó có vận chuyển bùn, vận chuyển cát, lan truyền và phát tán các loại chất nước thải, dầu mỏ)

 Tóm lại, chúng tôi cho rằng Mô hình tích hợp MIKE21/3 Coupled Model FM là

mô hình rất thích hợp hợp, là lựa chọn tối ưu để mô phỏng/dự báo các quá trình thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại VNC

 Các module cần sử dụng đồng thời bao gồm:

- Model thủy động lực học (MIKE21/3 HD) để xác định trường dòng chảy và trường độ sâu cột nước

- Module vận chuyển bùn cát và bồi xói (MIKE21/3 MT) để tính vận chuyển bùn cát và bồi/xói do vận chuyển bùn cát

CHƯƠNG 4: LƯỚI TÍNH VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU (CSDL) PHỤC VỤ CHO TÍNH TOÁN MÔ HÌNH

4.1 Lưới tính vùng nghiên cứu

Để mô phỏng thủy lực, vận chuyển bùn cát và mô phỏng khả năng tiêu thoát nước cho vùng nghiên cứu, chúng tôi sử dụng vùng nghiên cứu mở rộng và vùng nghiên cứu chi tiết Vùng nghiên cứu mở rộng để hiệu chỉnh, kiểm định các thông số đầu vào cho vùng nghiên cứu chi tiết và để trích các số liệu biên đầu vào cho mô hình nghiên cứu chi tiết.Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu được trình bày trong các hình từ Hình 2 tới Hình 5:

Vùng nghiên cứu mở rộng được giới hạn từ trạm thủy văn Thủ Dầu Một (TDM) trên sông Sài Gòn và trạm thủy văn Biên Hòa trên sông Đồng Nai cho tới trạm thủy văn Nhà Bè trên sông Soài Rạp

Vùng nghiên cứu chi tiết bao gồm toàn bộ hệ thống rạch Phú Mỹ, rạch Ngọn Ngay và hạ lưu rạch Kỳ Hà

Hình 2: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu mở rộng

Hình 3: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu chi tiết

TDM

Biên Hòa

Nhà Bè

Hình 4: Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khixây dựng công trình CT40m

Hình 5 Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khi xây dựng công trình CT60m

4.2 CSDL phục vụ cho tính toán mô hình

4.2.1 CSDL đầu vào cho mô hình

- CSDL địa hình vùng nghiên cứu: Gồm số liệu khảo sát của dự án vệ sinh môi trường Tp.Hồ Chí Minh và số liệu thu thập từ các nguồn tài liệu khác

- Số liệu mực nước giờ năm 2008 và số liệu mực nước giờ tháng 6 năm 2014 tại

ba trạm trong vùng nghiên cứu mở rộng: Thủ Dầu Một, Biên Hòa và Nhà Bè do Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ cung cấp

- Các tài liệu về bùn cát được lấy với giá trị trung bình cho toàn vùng

Hình 6 Đường quá trình mực nước trạm Thủ Dầu Một

Hình 7 Đường quá trình mực nước trạm Biên Hòa

Hình 8 Đường quá trình mực nước trạm Nhà Bè

4.2.2 CSDL để hiệu chỉnh mô hình

Từ ngày 08/06/2014 đến ngày 15/6/2014, Viện Kỹ thuật Biển đã đo đạc các giá trị thủy văn tại 3 trạm: Trạm đo 1 tại tọa độ: (10045’22.10”Bắc, 106045’34.63”Đông); Trạm đo 2 tại tọa độ: (10044’56.74”Bắc, 106045’38.47”Đông) và Trạm đo 3 tại tọa độ(10044’55.43”Bắc, 106045’41.22” Đông) Vị trí các trạm được thể hiện trên Hình 9

Số liệu mực nước và số liệu vận tốc dòng chảy tại ba trạm đo này được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình mở rộng và mô hình chi tiết

Hình 9: Vị trí ba trạm đo thủy văn

CHƯƠNG 5: HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

5.1 Yêu cầu kỹ thuật

Trước khi sử dụng mô hình MIKE 21/3 để đánh giá chế độ thủy lực tại vùng dự

án, chúng ta cần kiểm định chất lượng số liệu đo đạc được mô tả trong chương 4 Thuật ngữ “hiệu chỉnh và kiểm định mô hình” sử dụng dưới đây bao gồm toàn bộ các công tác liên quan đến: (1) hiệu chỉnh các thông số thủy lực MIKE 21/3 thông qua các thực nghiệm số; (2) kiểm định độ tin cậy của các mô hình số và các CSDL kèm theo Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình (theo tinh thần nêu trên) bao gồm:

So sánh nghiệm số trị của các mô hình thủy lực với các nghiệm giải tích

- Kiểm tra độ nhạy, tính xấp xỉ, độ bảo toàn, cơ chế làm việc của sơ đồ tính toán

- Kiểm tra độ chính xác của mô hình số và các CSDL nhập qua so sánh số liệu tính toán và số liệu thực đo trong điều kiện thực tại vùng dự án

Kết quả cuối cùng cần đạt được là:

- Minh chứng được rằng mô hình thủy lực số và các CSDL nhập kèm theo là đáng tin cậy, làm việc ổn định có cơ sở khoa học và thực tiễn chắc chắn cho vùng dự án trong điều kiện hiện trạng và khi có thêm công trình

- Chọn được bộ thông số mô hình thủy lực số (bước tính theo không – thời gian,

mô phỏng độ nhám đáy, số lần lặp…) phù hợp cho vùng dự án

- Các CSDL đã được hiệu chỉnh và cập nhật hoàn chỉnh và hợp lý cho vùng dự

án

- Kiểm định độ tin cậy của các CSDL đầu vào;

- Kết quả dự báo mực nước, ngập lụt, lưu lượng, vận tóc dòng chảy có độ chính xác chấp nhận được qua so sánh số liệu tính toán và thực đo

5.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình

Để hiệu chỉnh mô hình thủy lực cho vùng mở rộng, chúng tôi sử dụng số liệu mực nước và số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang từ ngày 8/6/2014 đến ngày 23/6/2014 tại ba trạm đo: Trạm đo 1, trạm đo 2 và trạm đo 3 Vị trí của ba trạm đo này được trình bày trong Hình 9

Mô hình được hiệu chỉnh thông qua việc so sánh số liệu mực nước thực đo với

số liệu mực nước tính toán, số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang

thực đo với số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang tính toán Số liệu lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán Kết quả so sánh số liệu mực nước, số liệu vận tốc dòng chảy và lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt ngang tại ba vị trí đo được trình bày trong các hình từ Hình 10 tới Hình 17

Hình 10: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 1

Hình 11: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 1

Hình 12 Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 1

Hình 13: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 2

Hình 14: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 2

Hình 15 Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 2

Hình 16: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 3

Hình 17: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 3

Kết quả tính toán giá trị mực nước, giá trị vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang, lưu lượng qua mặt cắt ngang tại ba vị trí: Trạm đo 1, Trạm đo 2 và trạm đo

3 khá phù hợp với giá trị thực đo Như vậy mô hình mở rộng được hiệu chỉnh với kết quả tương đối tốt

Việc hiệu chỉnh mô hình đem đến kết quả quan trọng là chọn ra bộ thông số tối ưu nhằm áp dụng mô hình Mike 21/3 để mô phỏng chế độ thủy lực, vận chuyển bùn cát

Bộ thông số đảm bảo sự ổn định của mô hình số và cho kết quả dự báo trung thực về các quá trình thủy lực và vận chuyển bùn cát tại vùng dự án là:

- Bước thời gian tính toán là 0,2 giây

- Hệ số nhám Manning dao động ở 32 m1/3

/s

- Hệ số nhám đáy (Bottom friction)dao động trong khoảng 0,0246 đến 0,07 m

- Mật độ nút của mạng lưới tính toántrên khu vực dự án có độ phân giải mịn hơn, bước lưới ngang sông nhỏ nhất là 3 m và lớn nhất là 180m ở vùng sông Sài Gòn

và sông Đồng Nai

Tóm lại:

Mô hình thủy lực Mike 21/3 bảo đảm tính bảo toàn cho tất cả các biến số CSDL nhập sau hiệu chỉnh đại diện tốt cho vùng khảo sát, các CSDL đầu vào này có độ tin cậy chấp nhận được để mô phỏng chế độ thủy lực và quá trình bồi xói hiện trạng và dự báo sự biến động của chúng do tác động của việc xây công trình nắn dòng chảy từ rạch Phú Mỹ sang rạch Ngọn Ngay

Bộ thông số được chọn ra trong quá trình hiệu chỉnh mô hình Mike 21/3 đã làm việc ổn định, cho kết quả mô phỏng tin cậy, mô tả đúng đắn các quy luật động lực học dòng chảy, bồi xói tại vùng dự án

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 6.1 Phương án hiện trạng

6.1.1 Kết quả tính toán thủy lực phương án hiện trạng

6.1.1.1 Mực nước

Chế độ thủy động lực rạch Phú Mỹ, rạch Ngọn Ngay và rạch Kỳ Hà phụ thuộc chế độ bán nhật triều có cường độ rất mạnh ở Biển Đông Nam Bộ nói chung và hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai nói riêng.Thủy triều ở vùng này thuộc loại bán nhật triều không đều, trong ngày có hai lần triều lên và hai lần triều xuống Độ lớn dao động mực nước triều đạt từ 2m đến 4m

Mặt khác, chế độ thủy động lực rạch Phú Mỹ, rạch Ngọn Ngay và rạch Kỳ Hà còn phụ thuộc vào đặc điểm thủy văn hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai và hải văn Biển Đông với sự tương phản sâu sắc giữa mùa mưa-lũ trong thời kỳ gió mùa Tây – Tây Nam và mùa khô-kiệt trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc Chế độ mực nước và chế độ dòng chảy trên rạch Phú Mỹ, rạch Ngọn Ngay và rạch Kỳ Hàcũng có sự biến đổi theo chế độ gió mùa Mực nước đỉnh triều trung bình trong mùa GMĐB lớn hơn khoảng 30cm so với mực nước đỉnh triều trung bình trong mùa gió mùa Tây – Tây Nam Mực nước lớn thường xuất hiện trong tháng 10, tháng 11 và tháng 12 Mực nước thấp thường xuất hiện trong tháng 6

Sự biến đổi mực nước trên vùng nghiên cứu tại thời điểm đỉnh triều trong mùa GMĐB và gió mùa Tây – Tây Nam được trình bày trong Hình 18 và Hình 19 Từ kết quả mô phỏng mực nước cho thấy tại thời điểm đỉnh triều có sự chênh lệch giữa mực nước ở hai bên cầu Phú Mỹ Chênh lệch mực nước giao động trong khoảng từ 6cm đến 8cm.Mực nước phía trước cầu Phú Mỹ đạt khoảng 1,49m đến 1,5m trong GMĐB và 1,16m đến 1,17m trong gió mùa Tây – Tây Nam; mực nước triều phía sau cầu Phú Mỹ biến đổi trong khoảng từ 1,42m đến 1,44m trong GMĐB và 1,06m đến 1,11m trong gió mùa Tây – Tây Nam Sự chênh lệch mực nước xảy ra là do sự ngăn cách của đường giao thông qua cầu Phú Mỹ khiến cho nước muốn vào nội đồng không thể chảy tràn trên vùng đất trũng mà chỉ có thể tập chung chảy qua rạch Phú mỹ và rạch Ngọn Ngay

Trường mực nước trên miền tính toán tại thời điểm chân triều có sự chênh lệch khá lớn, mực nước đạt giá trị thấp nhất khoảng -1,9m ở đầu rạch phú Mỹ, mực nước tăng dần trên rạch Phú Mỹ và đạt -1,5m khi qua điểm nhập lưu với rạch Ngọn Ngay

Sự biến đổi mực nước theo không gian tại thời điểm chân triều được trình bày trong Hình 20

Hình 18: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong GMĐB

Hình 19 Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong gió mùa Tây – Tây Nam

Hình 20: Trường mực nước vào thời điểm chân triều trong GMĐB

Hình 21 Trường mực nước vào thời điển chân triều trong gió mùa Tây Nam

6.1.1.2 Dòng chảy

Dòng chảy trên rạch Phú Mỹ, rạch Kỳ Hà và rạch Ngọn Ngay chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi chế độ thủy triều hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai Dòng chảy trên những rạch này đổi chiều liên tục theo sự biến đổi của thủy triều

Lưu tốc dòng chảy lúc triều lên trên rạch Kỳ Hà thường nhỏ hơn lưu tốc dòng chảy khi triều xuống, tốc độ dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 3 trên rạch

Kỳ Hà trong mùa lũ dao động trong khoảng từ 0,61m/s đến 0,72m/s,tốc độ dòng chảy

ở giữa rạch trong mùa lũ có thể lên tới 0,86m/s Trong mùa kiệt, tốc độ dòng chảy qua mặt cắt tại trạm đo 3 dao động trong khoảng 0,3m/s đến 0,5m/s

Trên rạch Phú Mỹ thì lưu tốc dòng chảy lúc triều lên và lúc triều xuống gần như ngang bằng do lưu vực rạch Phú Mỹ nhỏ và không có nguồn nước từ nơi khác đổ

về Tốc độ dòng chảy trung bình trên rạch Phú Mỹ dao động trong khoảng từ 0,15m/s đến 0,45m/s

Kết quả mô phỏng trường vận tốc dòng chảy trên vùng nghiên cứu vào thời điểm triều lên và thời điểm triều xuống trong mùa mưa và mùa khô năm 2008 được trình bày trong các hình từ Hình 22 đến Hình 25

Hình 22: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa khô

Hình 23: Trường dòng chảy lúc triều xuống vào mùa khô

Hình 24: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa mưa