Nghiên cứu và đánh giá khả năng ứng dụng mô hình toán số telemac trong bài toán cảnh báo lũ sớm

Kết quả nghiên cứu đã xây dựng một mô hình 2D cho miền tính bao gồm các giới hạn phía thượng lưu là các sông Đồng Nai đến vị trí sau đập Trị An, sông Bé đến vị trí sau đập Phước Hòa, sôn

MỤC LỤC

TÓM TẮT 9

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

LỜI CÁM ƠN 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về lưu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai 6

1.2 Đặc điểm thủy văn vùng hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai 10

1.2.1 Chế độ thủy triều biển Đông 11

1.2.2 Diễn biến mực nước trong hệ thống sông 12

1.2.3 Diễn biến lưu lượng dòng chảy 13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TOÁN SỐ TELEMAC2D 16 2.1 Tổng quan 16

2.2 Mô hình toán số Telemac 19

2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình Telemac2D 20

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TRUYỀN LŨ DO VỠ ĐẬP TRỊ AN & DẦU TIẾNG 24

3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu chế độ thủy động lực học khu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai 24

3.1.1 Giới thiệu 24

3.1.2 Miền tính toán 24

3.1.3 Địa hình 26

3.1.4 Biên triều hạ lưu 28

3.1.5 Hiệu chỉnh mô hình 28

3.1.6 Kiểm định mô hình 35

3.2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG VỠ ĐẬP TRỊ AN LÊN VÙNG HẠ LƯU ĐỒNG NAI – SÀI GÒN 39

3.2.1 Điều kiện biên 40

3.2.2 Sóng lũ khi vỡ đập 41

3.2.3 Quá trình truyền lũ trên sông 41

3.2.4 Mực nước lớn nhất tại một số vị trí trên dòng chính sông Đồng Nai, Sài Gòn 44 3.2.5 Lưu tốc lớn nhất tại một số vị trí trên sông Đồng Nai, Sài Gòn 45

3.2.6 Độ sâu ngập và thời gian ngập tại một số vị trí trên bờ có độ ngập sâu 46

3.2.7 Thời gian truyền lũ trên sông Đồng Nai sau đập Trị An khi vỡ đập 47

3.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG VỠ ĐẬP DẦU TIẾNG LÊN VÙNG HẠ LƯU ĐỒNG NAI – SÀI GÒN 52

3.3.1 Miền tính 52

3.3.2 Điều kiện biên 52

3.3.3 Hiệu chỉnh mô hình 53

3.3.4 Kiểm định mô hình 56

3.3.5 Tác động của vỡ đập Dầu Tiếng lên vùng hạ lưu sông Sài Gòn 58

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH TELEMAC2D CHẠY CHẾ ĐỘ SONG SONG TRÊN HPCC 65

4.1 Xử lý song song trên Telemac 65

4.2 Một số kết kết quả của Telemac với chế độ tính song song 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CARE Centre Asiatique de Recherche sur l‘Eaux

CHC Canadian Hydraulic Centre

EDF Electricité de France

HPCC Haut Performance Calcul Center

IMHEN Vietnam Institute of Meteorology, Hydrology and Climate Change LVSSGĐN Lưu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai

MPI Multi Processor Interface

PVM Parallel Virtual Machine

SGĐN Sài Gòn Đồng Nai

WMO World Meteorological Organization

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 1.1: Một số đặc trưng cơ bản của Triều các Trạm trong miền tính

2 Bảng 1.2: Kết quả đo Thuỷ văn mùa kiệt năm 2003

3 Bảng 3.1: Kết quả so sánh mực nước tại một số trạm giữa mô phỏng và thực đo

4 Bảng 3.2: Kết quả kiểm định trận lũ năm 2007

5 Bảng 3.3: Mực nước lớn nhất tại một số vị trí trên dòng chính sông Đồng Nai, Sài Gòn

6 Bảng 3.4: Lưu tốc lớn nhất tại một số vị trí

7 Bảng 3.5: Thời gian ngập theo từng cấp độ sâu tại 12 vị trí trên bờ

8 Bảng 3.6: Thời gian truyền lũ trên sông Đồng Nai từ Đập Trị An ra đến cửa Soài Rạp

9 Bảng 3.7: Kết quả phân tích điều hòa từ số liệu quan trắc

10 Bảng 4.1: Bài toán vỡ đập Malpasset 2D với 26000 phần tử tam giác

11 Bảng 4.2: Bài toán hồ chứa Berre 3D với 3838 phần tử tam giác theo xy &

31 lớp theo phương z

12 Bảng 4.3: Bài toán hồ chứa Berre 3D với 402772 phần tử tam giác theo xy

& 31 lớp theo phương z

13 Bảng 4.4: Bài toán truyền mặn 3D lưu vực Sài Gòn-Đồng Nai với 67667

phần tử tam giác theo xy & 11 điểm theo phương z

14 Bảng 4.5: Bài toán truyền mặn 2D lưu vực ĐBSCL với 716715 phần tử

tam giác

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai

2 Hình 1.2: Hệ thống sông chính lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai

3 Hình 1.3: Vị trí vùng hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn

4 Hình 1.4: Diện tích lưu vực sông vùng hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn

5 Hình 3.1: Miền tính 2D

6 Hình 3.2a: Lưới tính toán 2D vùng bán ngập và sông, rạch

7 Hình 3.2b: Lưới tính toán 2D cửa sông và biển

8 Hình 3.3: Địa hình ngoài khơi cửa sông Soài Rạp-Lòng Tàu

9 Hình 3.4: Cao độ địa hình miền nghiên cứu

10 Hình 3.5: Vị trí các trạm quan trắc mực nước trong vùng nghiên cứu

11 Hình 3.6: Mực nước tại trạm Biên Hòa thực đo và tính toán

12 Hình 3.7: Mực nước tại trạm Nhà Bè thực đo và tính toán

13 Hình 3.8: Mực nước tại trạm Thủ Dầu Một thực đo và tính toán

14 Hình 3.9: Mực nước tại trạm Phú An thực đo và tính toán

15 Hình 3.10: Mực nước tại trạm Bến Lức thực đo và tính toán

16 Hình 3.11: Mực nước tại trạm Tân An thực đo và tính toán

17 Hình 3.12: Kết quả kiểm định mô hình trận lũ năm 2007 trong 10 ngày

25 Hình 3.20: Dao động mực nước hồ khi vỡ đập

26 Hình 3.21: Dao động mực nước tại một số vị trí sau đập Trị An khi vỡ

đập

27 Hình 3.22: Mực nước trong quá trình truyền lũ (4 ngày)

28 Hình 3.23: Trường vận tốc trong quá trình truyền lũ (4 ngày)

29 Hình 3.24: Dao động mực nước tại một số vị trí cách xa đập trên sông

Đồng Nai

30 Hình 3.25: Mô tả 12 vị trí ngập trên bờ

31 Hình 3.26: Diễn biến độ sâu ngập tại 12 vị trí

32 Hình 3.27: Đồ thị mô tả mực nước max và thời gian đạt đỉnh tại một số vị

trí trên sông Đồng Nai

33 Hình 3.28: Độ sâu ngập lớn nhất khi vỡ đập

34 Hình 3.29: Lưu tốc lớn nhất khi vỡ đập

35 Hình 3.30: Đồ thị phân vùng ảnh hưởng giữa lũ và triều

36 Hình 3.31: Địa hình và lưới miền tính 2D

37 Hình 3.32: Mực nước tại trạm Biên Hòa

38 Hình 3.33: Mực nước tại trạm Nhà Bè

39 Hình 3.35: Mực nước tại trạm Thủ Dầu Một

40 Hình 3.35: Mực nước tại trạm Thủ Dầu Một

41 Hình 3.36: Mực nước tại trạm Phú An

42 Hình 3.37: Mực nước tại trạm Biên Hòa

43 Hình 3.38: Mực nước tại trạm Nhà Bè

44 Hình 3.39: Mực nước tại trạm Phú An

45 Hình 3.40: Mực nước tại trạm Thủ Dầu Một

46 Hình 3.41: Vị trí vỡ đập Dầu Tiếng và các điểm xem xét

47 Hình 3.42: Lưu lượng qua mặt cắt 1-1

53 Hình 4.1: Miền tính được phân chia khi xử lý song song trong Telemac

54 Hình 4.2: Sơ đồ minh hoạ về trao đổi thông tin của các bộ xử lý tại vị trí

chung

55 Hình 4.3: Bài toán hồ chứa Berre 3D với 402772 phần tử tam giác theo

xy & 31 điểm theo phương z

56 Hình 4.4: Telemac chạy trên HPCC với 16 bộ xử lý

sự không ổn định cao khi chịu tác động của chế độ thủy lực dòng chảy trong khu vực

Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá khả năng ứng dụng phần mềm Telemac2D với kỹ thuật lập trình song song nhằm giải quyết bài toán truyền lũ trên hệ thống sông Sài Gòn-Đồng Nai Với yêu cầu của bài toán là tìm ra lời giải nhanh nhằm phục vụ cho công tác dự báo theo thời gian thực của hiện tượng này Bài toán dự báo theo thời gian thực là xu hướng chung cho sự phát triển trong lĩnh vực dự báo ngày nay Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng trong công tác dự báo nhanh phục vụ cho công tác quản lý, vận hành các công trình liên quan nếu có nhằm chủ động giảm thiểu tác hại có thể có do lũ gây nên cho vùng hạ lưu và cụ thể là Thành phố Hồ Chí Minh

Kết quả nghiên cứu đã xây dựng một mô hình 2D cho miền tính bao gồm các giới hạn phía thượng lưu là các sông Đồng Nai đến vị trí sau đập Trị An, sông Bé đến vị trí sau đập Phước Hòa, sông Sài Gòn đến vị trí sau đập Dầu Tiếng Nhánh sông Vàm Cỏ Đông kể từ trạm Gò Dầu Hạ, nhánh sông Vàm Cỏ Tây kể từ trạm Mộc Hóa Phía hạ lưu miền tính được kéo bao phủ sông Soài Rạp và Lòng Tàu, vùng cửa sông và ra một phần vùng ven bờ thuộc biển Đông Toàn bộ các mô phỏng được thực hiện tính toán trên trung tâm máy tính hiệu năng cao (HPCC) của trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Kết quả ban đầu cho thấy sự cải thiện đáng kể về tốc độ tính toán của phần mềm Telemac khi chạy chế độ song với nhiều bộ xử lý (16 bộ xử lý)

ABSTRACT

Saigon-Dongnai river basin plays a very important role for the socio-economic development for southern region in particular and the country in general Many research projects concerning the economy, social and regional management have been implemented Characteristic of this region is high river density at the upstream side, while downstream connects directly to the East Sea and many areas have low altitude Therefore, the region is easily affected due to the change on hydraulic regime caused

by different reasons Besides in terms of geology, the fact that foundation is weak, especially the downstream, can cause the instability under the impact of hydrological regime

This study aims to evaluate the software applications Telemac2D with parallel programming techniques in order to solve the problem of flooding in the river system

of Saigon-Dong Nai The special request of the problem is to find quick solutions to serve the work of real-time forecasting of this phenomenon The problem of forecasting in real time is a general trend for growth in the forecast today Research results can be used in forecasting faster service management and operation of works related to the initiative if there is harm reduction may have caused floods in downstream areas and namely Ho Chi Minh City

Research results have built a 2D model for calculation domain includes upstream limit is the Dong Nai river to the Tri An dam’s location, Be River after the Phuoc Hoa dam’s location, Saigon River upto Dau Tieng reservoir Vam Co Dong river branches from Go Dau Ha station, Vam Co Tay rivers from Moc Hoa station The downstream of domain covering both the Soai Rap and Long Tau river, the estuaries and a part of East Sea All the simulations were executed on hight performance computer center (HPCC) of the Polytechnic University of Ho Chi Minh City The first results showed a significant improvement in speed calculations Telemac2D software when running in parallel mode with multiple processors (16 processors)

LỜI CÁM ƠN

Nhóm nghiên cứu đề tài xin chân thành cám ơn:

Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh đã hỗ trợ về kinh phí thực hiện

Trung tâm tính toán hiệu năng cao HPCC, Trường Đại học Bách Khoa đã hỗ trợ công

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về lưu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai

Lưu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai (LVSSGĐN) nằm trong khoảng vĩ độ 10o20’ –

12o20’ Bắc, kinh độ 105o45’ – 109o15’ Đông, bao gồm các tỉnh Lâm Đồng, Đắc Lắc, Đồng Nai, Bình Phước, Bình Thuận, Bình Dương, Tây Ninh, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu và một phần tỉnh Long An Giới hạn bởi phía Bắc và Đông – Bắc là 2 tỉnh Khánh Hòa và Dak Lak, phía Tây là Campuchia, phía Đông là phần còn lại của tỉnh Bình Thuận,

Bà Rịa – Vũng Tàu, Ninh Thuận và Biển, phía Nam là phần còn lại của tỉnh Long An và tỉnh Tiền Giang

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai

[Nguồn: Viện nghiên cứu Thuỷ Lợi Miền Nam - Báo cáo thông tin về sông Đồng Nai]

LVSSGĐN có một tầm quan trọng đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế – xã hội của cả nước bởi một tiềm năng kinh tế đa dạng và dồi dào, một nguồn lực khoa học và con người phong phú, lại nằm ở một vị trí địa lý vô cùng trọng yếu; là nơi có thế mạnh bởi nhiều ngành kinh tế như sản xuất nông nghiệp (chủ yếu là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao), nuôi trồng và đánh bắt thủy – hải sản, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, du lịch và dịch vụ, dầu khí và năng lượng (thủy điện và các dạng năng lượng khác), giao thông vận tải

và viễn thông,v.v… Trong thế mạnh đó, vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (bao gồm 8 tỉnh thành) nổi lên như là một trong những vùng kinh tế quan trọng và có tiềm năng nhất nước

LVSSGĐN bao gồm sông Đồng Nai và các phụ lưu như: sông La Ngà, sông Bé, sông Sài Gòn và sông Vàm Cỏ Lưu vực sông đổ ra biển theo hai cửa sông chính là vịnh Gành Rái và sông Soài Rạp Hạ lưu chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều biển Đông và bị xâm nhập mặn

LVSSGĐN là một vùng có điều kiện tự nhiên rất đa dạng và phong phú, có tiềm lực kinh tế về nhiều mặt và cũng là vùng có tốc độ phát triển kinh tế cao nhất nước Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế – xã hội ngày càng cao, mức độ đô thị hóa nhanh, hình thành nhiều khu công nghiệp tập trung với quy mô lớn, khiến nhu cầu nước phục vụ các ngành kinh tế quốc dân như sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ cũng ngày càng lớn với chất lượng ngày càng cao, dẫn đến sự mất cân đối giữa các điểm, các vùng dùng nước trên toàn lưu vực, đặc biệt ở những nơi có nhu cầu dùng nước lớn như hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn và những vùng đặc biệt khan hiếm nguồn nước như ven biển Ninh Thuận, Bình Thuận và Bà Rịa – Vũng Tàu Mặt khác, gia tăng nhu cầu sử dụng nước kéo theo gia tăng các nguồn nước thải đổ vào hệ thống sông rạch, làm cho chất lượng nước ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng

Hình 1.2: Hệ thống sông chính lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai

[Nguồn: Viện nghiên cứu Thuỷ Lợi Miền Nam - Báo cáo thông tin về sông Đồng Nai ]

Miền nghiên cứu chế độ thủy động lực học là vùng hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai và kéo dài ra biển Đông Vị trí cụ thể phía thượng lưu kể từ sau đập Dầu Tiếng và sau đập Trị An Hạ lưu miền nghiên cứu sẽ bao phủ một phần vùng biển Đông, khu vực của cửa sông Soài Rạp và Lòng Tàu

Hình 1.3: Vị trí vùng hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn

[ Nguồn: Ho Chi Minh city flood and inundation management project- Interim report workshop -3/2012-Báo cáo của Tư vấn Hà Lan ]

Vùng hạ du lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn nằm trong vùng chuyển tiếp từ cao nguyên sang vùng đồng bằng vì vậy địa hình nơi đây biến đổi khá phức tạp Do gắn liền với miền Đông Nam Bộ nên vài nơi còn có dạng địa hình đồi, gò kéo dài và vào sâu xuống vùng đồng bằng như ở Củ Chi, Thủ Đức, Long Bình Những gò đồi này có cao độ từ 5 – 15 m Khu vực ven sông Đồng Nai, Sài Gòn, Vàm Cỏ Đông đa phần là vùng đất thấp, khá bằng phẳng

có địa hình giống như miền đồng bằng châu thổ với cao trình trung bình từ 0,5 – 2,0 m Ngược lại trong vùng còn có những dải đất trũng có cao độ trung bình khoảng 0,3 – 0,5 m như khu rừng đước huyện Cần Giờ, ven sông Thị Vải, dọc kênh Thầy Cai – An Hạ

Hạ lưu sông Đồng Nai được kể từ sau thác Trị An đến cửa Soài Rạp có chiều dài 150 km, từ hợp lưu sông Bé đến Nhà Bè dài 76 km, rộng khoảng 180 – 1.400 m với độ sâu trong khoảng 6,6 – 17m Sau Nhà Bè sông Đồng Nai rẽ thành hai phân lưu cách biển 76 km: sông Nhà Bè rộng 1.000 – 3.000m với độ sâu trong khoảng 10 – 20m, sông Lòng Tàu rộng khoảng 300 – 450m với độ sâu trong khoảng 30 – 40m, đây là tuyến thủy lộ quan trọng từ Tp Hồ Chí Minh đi các tỉnh và ra nước ngoài Do sông đi qua vùng đồng bằng, lòng sông khá rộng, sâu, có độ dốc nhỏ nên thủy triều ảnh hưởng đến tận chân thác Trị An Các phụ lưu chính chảy vào sông Đồng Nai bên phải có sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ, bên trái đáng kể có sông Lá Buông Sông Thị Vải dài 30 km đổ trực tiếp ra Vịnh Gành Rái

Sông Sài Gòn nằm trong vùng miền Đông Nam bộ và lưu vực hệ thống sông Đồng Nai, với chiều dài khoảng 280 km và diện tích lưu vực 4.530 km2 Sông bắt nguồn từ sườn đồi thấp phía Nam Campuchia, chảy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam qua 03 tỉnh Tây Ninh, Bình Phước, Bình Dương, hợp lưu với sông Đồng Nai tại mũi Đèn Đỏ thuộc địa phận thành phố Hồ Chí Minh rồi cùng chảy ra biển Đông, với đa phần diện tích lưu vực thuộc đất nước Việt Nam

Trên lưu vực sông Sài Gòn đã và đang hình thành nhiều trung tâm công nghiệp và khu dân cư tập trung lớn Phía hạ lưu, thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá và khoa học kỹ thuật lớn nhất nước Bên cạnh đó, thị xã Thủ Dầu Một và huyện Thuận An (tỉnh Bình Dương) với các khu chế xuất được phát triển nhanh chóng giúp cho bộ mặt vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam (bao gồm 8 tỉnh/thành là TP.HCM, Bình Dương, Bà Rịa-Vũng Tàu, Đồng Nai, Tây Ninh, Bình Phước, Long An

và Tiền Giang) có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh và đứng đầu cả nước trong nhiều năm qua

Sự phát triển nhanh chóng của các đô thị và khu công nghiệp trong vùng những năm gần đây đã thúc đẩy tăng trưởng kinh tế ở mức độ cao, góp phần cải thiện nhanh cuộc sống từng người dân và bộ mặt toàn xã hội Tuy nhiên do địa hình tương đối thấp, mưa cục bộ với cường suất cao, kết hợp với mạng lưới sông rạch

hạ lưu Đồng Nai-Sài Gòn rộng và sâu nên chịu ảnh hưởng mạnh bởi chế độ bán nhật triều biển Đông, khiến mùa khô thì mặn xâm nhập sâu vào nội đồng và ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng, mùa mưa thì cùng với lũ thượng nguồn xuống và lũ từ Đồng bằng sông Cửu Long sang, lũ lụt, ngập úng xảy ra ngày càng nghiêm trọng hơn

Trên sông Sài Gòn đã xây dựng công trình thủy lợi Dầu Tiếng (1983), với nhiệm vụ cấp nước tưới, cấp nước sinh hoạt, đẩy mặn, phòng lũ và tham gia giải quyết ô nhiễm Hiện diện tích tưới trực tiếp đã đạt được của hồ Dầu Tiếng là 62.000 ha (chiếm 80% diện tích tưới thiết kế) Ngoài ra, hồ còn có thêm nhiệm vụ

xả bổ sung nguồn nước sang sông Vàm Cỏ Đông để tưới cho diện tích 40.000 ha

Từ khi có Dầu Tiếng, tuy phần lớn lũ được giữ lại trong hồ, nhưng với những năm lũ lớn như năm

2000, việc xả lũ cũng đã gây những thiệt hại đáng kể Do mưa lớn vùng thượng nguồn nên dòng chảy về hồ Dầu Tiếng tăng nhanh từ vài trăm m3/s lên đến khoảng 1.600 m3/s vào ngày 12/X và mực nước hồ tích đến cao trình cao nhất 24,35 m ngày 13/X Từ 07/X, hồ đã xả xuống hạ lưu khoảng 100 m3/s và tăng dần để đạt cao nhất 600 m3/s vào ngày 12/X, sau đó, từ ngày 15/X giảm dần và còn 200 m3/s vào ngày 20/X

Điều đáng lưu ý là với lũ năm 2000, do mưa khá đều trên toàn lưu vực nên cả 3 hồ chứa thượng lưu

là Trị An (sông Đồng Nai), Thác Mơ (sông Bé) và Dầu Tiếng (sông Sài Gòn) đều đã tích lũ đến mức bằng hoặc cao hơn mực nước dâng bình thường, và vì thế tổng lưu lượng xả lớn nhất của cả 3 hồ và lượng lũ sinh

ra ở khu giữa xuống vùng hạ lưu trong các ngày từ 10-12/X ước tính đạt từ 5.500-6.000 m3/s Đây là lưu lượng lũ không lớn, tương đương tần suất 20-25%, tức trung bình khoảng 4-5 năm xảy ra một lần, song do

có tổng lượng lớn (khoảng 28-30 tỷ m3), nên gây ngập lụt nghiêm trọng ở một số vùng, cả ở thượng, trung và

hạ lưu Rất may là triều cường từ biển xảy ra muộn hơn, từ 26-30/X, nên phần nào giảm nguy cơ ngập cao

và rộng ở nhiều vùng trũng thấp ven sông

Gần đây, năm 2008, khi có mưa lớn sinh lũ trên lưu vực, hồ Dầu Tiếng mới xả 400 m3/s đã gây ra nguy cơ làm vỡ bờ đê bao dọc sông Sài Gòn dẫn đến việc phải điều chỉnh lại lưu lượng xả để tránh ngập úng cho khu vực hạ lưu

1.2 Đặc điểm thủy văn vùng hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai

Đối với vùng hạ lưu, diễn biến thuỷ văn có sự khác biệt giữa khu vực thượng và hạ lưu, đạc biệt trên sông Đồng Nai và sông Sài Gòn Nhìn chung, khái niệm về mùa lũ và mùa kiệt không còn rõ ràng như ở phía thượng lưu Dòng chảy ở khu vực hạ lưu chịu sự chi phối mạnh mẽ bởi thuỷ triều biển Đông suốt năm Trừ những năm lũ quá lớn các hồ chứa thượng lưu phải xả bớt để bảo vệ an toàn cho hồ, những năm như vậy đã được báo trước khả năng gây ngập úng cho vùng hạ lưu trong thời gian ngắn

Biến đổi thuỷ văn ở vùng hạ lưu chịu sự chi phối mạnh mẽ suốt năm bởi thuỷ triều biển Đông, với

cơ chế dòng chảy chính là dòng chảy 2 chiều Thuỷ triều ảnh hưởng đến chân thác Trị An (sông Đồng Nai, cách biển khoảng 150 km), chân đập Dầu Tiếng (sông Sài Gòn, cách biển khoảng 206 km) Do vậy, khái niệm mùa lũ và mùa kiệt không rõ ràng như ở vùng thượng lưu

Hình 1.4: Diện tích lưu vực sông vùng hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn

1.2.1 Chế độ thủy triều biển Đông

Ven biển từ Phan Rang đến Vũng Tàu trải dài gần 2 vĩ độ là nơi chuyển tiếp giữa chế độ nhật triều ở miền trung (trạm Nha Trang làm tiêu biểu) và bán nhật triều ở phía Nam (trạm Vũng Tàu làm tiêu biểu), do vậy, chế độ thủy triều vùng này khá phức tạp

Từ Phan Rang đến Phan Thiết, hàng tháng, vùng này có khoảng 5-10 ngày nhật triều (vào những ngày triều cường), 5-10 ngày bán nhật triều (vào những ngày triều kém) và số còn lại là triều hỗn hợp Biên

độ triều tăng dần từ 1,5-2,0 m ở khu vực Phan Rang và từ 2,0-2,5 m ở khu vực Phan Thiết Biên độ triều trong thời kỳ triều kém vào khoảng 0,5-0,7 m

Từ Phan Thiết đến Vũng Tàu, triều chuyển dần sang chế độ bán nhật triều không đều Với đặc tính

cơ bản là:

Bán nhật triều không đều, trung bình 24 giờ 47 phút, có hai lần triều lên (nước lớn) và hai lần triều xuống (nước ròng), biên độ triều lớn 3,0-4,0 m vào thời kỳ triều cường và từ 1,8-2,0 m vào thời kỳ triều kém

Mực nước chân triều dao động nhiều (1,6-3,0 m), trong khi đó mực nước đỉnh triều dao động nhỏ (0,8-1,0 m), kết quả là khoảng thời gian duy trì mực nước cao dài hơn khoảng thời gian duy trì mực nước thấp và đường mực nước bình quân ngày nằm gần với đường mực nước đỉnh triều

Một chu kỳ triều trung bình 15 ngày trong đó có 1 kỳ triều cường và 1 kỳ triều kém Thời kỳ triều cường thường xảy vào các ngày 1 và 15 tháng âm lịch (hoặc trước hay sau 1 hoặc vài ngày); và kỳ triều kém vào các ngày 7, và 23 tháng âm lịch (hoặc trước hay sau 1 hoặc vài ngày) Trong năm có 1 kỳ triều kém (tháng VI-VII) và 1 kỳ triều cường (tháng XI-I)

Thủy triều biển Đông truyền vào các sông chính Đồng Nai, Sài Gòn, Vàm Cỏ Đông sau đó lan truyền vào các sông rạch nội đồng

Theo hệ cao độ Hòn Dấu, tại Vũng Tàu, mực nước đỉnh trung bình vào khoảng 1,0-1,1 m, các đỉnh cao thường đạt 1,3-1,4 m, cá biệt năm 2001 mực nước cao nhất là 1,45 m (XI/2002) Mực nước chân triều thấp nhất biến đổi từ -2,49 đến -3,25 m Mực nước bình quân biến đổi từ -0,01 đến -0,43 m

Kết quả điều tra cho thấy thuỷ triều ảnh hưởng vào các sông suối khoảng 5-10 km trong mùa kiệt, tuỳ sông

Bảng 1.1: Một số đặc trưng cơ bản của Triều các Trạm trong miền tính

Biên

Hoà

Hmax 149 152 152 148 149 138 187 191 187 219 168 154 219 Hmin -176 -202 -208 -198 -200 -206 -202 -190 -186 -137 -179 -168 -208

Gò Dầu

Hmax 93 92 82 89 86 72 74 93 149 180 150 101 180 Hmin -46 -60 -73 -80 -93 -91 -84 -92 -68 10 -4 -32 -93

Nhà Bè

Hmax 136 135 130 120 125 108 111 123 136 144 139 142 144 Hmin -208 -210 -205 -196 -233 -250 -269 -256 -231 -234 -220 -209 -269

Phú An

Hmax 141 136 129 120 128 112 113 125 140 145 143 144 145 Hmin -208 -208 -203 -204 -236 -243 -247 -245 -227 -195 -185 -200 -247

Vũng

Tàu

Hmax 139 132 141 120 109 94 100 107 124 139 145 129 145 Hmin -265 -270 -246 -281 -309 -325 -314 -302 -249 -253 -291 -289 -325 Hbq -7 -13 -17 -26 -33 -43 -43 -40 -30 -8 -1 -5 -22

1.2.2 Diễn biến mực nước trong hệ thống sông

Khi triều truyền vào sông, do tác động của nguồn nước ngọt và hình thái chung của lòng sông (độ dốc, độ uốn khúc, mặt cắt thủy lực), thủy triều bị biến dạng dần cả về biên độ lẫn chu kỳ sóng, điều này ảnh hưởng đến các đặc trưng của triều là mực nước Max, Min và bình quân Càng vào sâu trong sông, biên độ giảm càng nhanh và thời gian giữa hai nhánh lên, xuống càng sai biệt Kết quả phân tích tài liệu mực nước dọc sông cho thấy khi truyền ngược lên phía lên thượng lưu, cả mùa kiệt lẫn mùa lũ, sự biến đổi mực nước đỉnh triều nhìn chung là ít hơn so với biến đổi mực nước chân triều

Mực nước cao nhất hàng năm thường xuất hiện vào tháng XI, XII ở vùng gần biển, ảnh hưởng triều rất mạnh, và vào tháng IX, X ở vùng xa biển, ảnh hưởng triều yếu hơn (cách biển 150 km) Đoạn chuyển tiếp (cách biển 80-100 km), mực nước đỉnh triều xuất hiện trong khoảng tháng X-XI

Mực nước chân và mực nước trung bình, thường đạt giá trị thấp nhất trong các tháng VI-VII Vì vậy, các tháng VI và VII là khoảng thời gian tiêu thoát nước thuận lợi nhất trong năm

Trong mùa kiệt/khô (XII-V), do nguồn nước từ thượng lưu về nhỏ, nên thủy triều ảnh hưởng mạnh nhất, mực nước trên sông phụ thuộc chủ yếu vào dao động triều Do triết giảm năng lượng triều, mực nước đỉnh triều giảm dần dọc sông Tuy nhiên, khi vào sâu hơn, do độ dốc lòng sông tăng, đỉnh triều lại có xu thế tăng dần về phía thượng lưu nên luôn xuất hiện một đoạn sông có mực nước thấp nhất dọc sông, được gọi là vùng điểm uốn độ dốc mặt nước Theo tài liệu mực nước trạm Biên Hoà (1960-2004), mực nước thấp nhất là -2,08 m (III/1983)

Trong mùa lũ/mưa (VI-XI), lũ ở vùng hạ lưu diễn ra không mạnh mẽ là nhờ có công trình thủy điện Trị An và công trình thuỷ lợi Dầu Tiếng, mặt khác khu vực hạ lưu sông rạch phát triển, thủy triều hoạt động mạnh, điều kiện tiêu thoát tốt, tình hình lũ diễn ra không nghiêm trọng Theo tài liệu mực nước trạm Biên Hoà (1960-2004), mực nước cao nhất là 2,19 m (X/2000)

1.2.3 Diễn biến lưu lượng dòng chảy

Công trình thủy điện Trị An, với khả năng điều tiết cao, trong suốt mùa kiệt nhà máy có thể xả xuống hạ lưu dòng chảy qua 1 tổ máy với lưu lượng trung bình từ 200-240 m3/s, gấp 5-6 lần dòng chảy tự nhiên Cộng với dòng chảy từ sông Bé, ngay cả ứng với năm tần suất kiệt 95%, tổng lưu lượng về hạ lưu vẫn xấp xỉ 200 m3/s, đảm bảo ổn định cho các nhà máy nước ở hạ lưu như Hóa An và Thiện Tân lấy từ 10-15

m3/s Tuy nhiên cũng có năm (2007) lưu lượng xả bình quân tháng II/2007 chỉ có 53 m3/s đã ảnh hưởng đáng

kể đến việc lấy nước thô ở khu vực hạ lưu

Sau khi có thủy điện Thác Mơ, với lưu lượng xả về hạ lưu trong mùa kiệt thêm chừng 60-80 m3/s, tổng lưu lượng qua Thiện Tân được nâng lên trung bình 300 m3/s trong các tháng kiệt nhất, lớn hơn 6 lần dòng chảy tự nhiên Tuy nhiên, nếu như trong mùa kiệt, lưu lượng về hạ lưu được tăng lên từ 5-6 lần thì trong mùa lũ, do đỉnh lũ bị triết giảm và phần lớn lượng dòng chảy có lưu lượng vượt trên 800 m3/s sẽ bị tích lại trong hồ nên lưu lượng về hạ lưu nhỏ hơn, khiến đoạn sông sau hạ lưu Trị An hầu như bị ảnh hưởng triều quanh năm Như vậy, đối với dòng chảy trung bình, lưu lượng xả lũ nhỏ hơn tự nhiên 200-400 m3/s, do

đó, mực nước lũ ở hạ lưu cũng có xu thế thấp hơn Trong khi đó, vào mùa kiệt, tuy lưu lượng tăng nhiều lần với tự nhiên nhưng vẫn nằm trong ngưỡng ảnh hưởng triều mạnh nên không đủ khả năng làm gia tăng mực nước Điều này được thể hiện rất rõ tại trạm Biên Hòa, nơi ảnh hưởng triều mạnh hơn so với phần phía trên Tại đây, không thấy một sự biến đổi lớn nào trong mực nước thấp nhất trước và sau khi có Trị An, trong khi

sự biến đổi mực nước theo chu kỳ năm và nhiều năm lại vẫn còn khá rõ

Trên sông Sài Gòn, hồ Dầu Tiếng có nhiệm vụ xả 20-30 m3/s trong mùa kiệt để trả dòng chảy hạ lưu như trong điều kiện tự nhiên nên chưa gây nên tác động gì đáng kể Mấy năm gần đây, do lấy nước tưới gia tăng, cùng với diễn biến thời tiết thất thường, độ mặn trong sông đôi khi lên cao hơn so với dự kiến

Ở vùng hạ lưu, do tác động đồng thời giữa dòng chảy từ thượng nguồn đổ về và dòng triều từ cửa sông chuyển lên, lưu lượng chảy trong sông được đặc trưng bởi:

- Lưu lượng tức thời: Là lưu lượng dòng chảy xuôi (+) hay ngược (-) tại một thời điểm Lưu lượng này thường rất lớn, hàng ngàn, thậm chí hàng vạn m3/s trên sông lớn, vài trăm m3/s trên kênh lớn và vài chục

m3/s trên kênh nhỏ

- Lưu lượng trung bình ngày (được tính cho một ngày triều, khoảng 24h57’): Là lưu lượng vào ra trung bình trong ngày Lưu lượng này có thể mang dấu (+) hoặc âm (-) tùy thuộc thời kỳ triều và lưu lượng nước ngọt từ thượng lưu Lưu lượng ngày thường nhỏ hơn lưu lượng tức thời rất nhiều, chỉ bằng khoảng vài phần trăm so với lưu lượng tức thời

- Lưu lượng trung bình thời đoạn đo đạc: Là lưu lượng trung bình trong một khoảng thời gian đo đạc nào đó Lưu lượng này tùy thuộc vào thời kỳ triều nên cũng có thể có dấu (+) hoặc (-) Lưu lượng trung bình thời đoạn cũng rất nhỏ như lưu lượng trung bình ngày

- Lưu lượng bình quân tháng hay bình quân một chu kỳ triều: Là lưu lượng trung bình của một hay hai chu kỳ triều trong tháng Lưu lượng này luôn mang dấu (+) theo chiều chảy tự nhiên từ thượng lưu về hạ lưu Thường đặc trưng này đã triệt tiêu gần hết sự gia nhập của dòng triều và chỉ còn thuần lưu lượng cơ bản

từ thượng lưu

Lượng triều tích trong sông và các vùng trũng là rất lớn Sự tích triều với tổng lượng lớn thường xảy

ra trong pha nước lên của chu kỳ ngày và trong pha từ triều kém sang triều cường của chu kỳ nửa tháng Cũng có sự tích triều giữa hai chu kỳ trong tháng hay chu kỳ năm nhưng với tổng lượng nhỏ hơn hai loại trên

Tổng lượng triều tích trong sông rạch phụ thuộc vào lưu lượng dòng nước thượng lưu

và tổng thể tích chứa của hệ thống sông - kênh Số liệu từ một số đợt đo cho thấy, sông Sài Gòn, khả năng tích theo chu kỳ ngày tính đến Bình Dương là vài trăm triệu m3 và sông Vàm

Cỏ Đông, khả năng tích theo chu kỳ nửa tháng là vài chục triệu m3

Theo kết quả các kỳ đo thuỷ văn của Viện Quy hoạch Thuỷ lợi miền Nam ở một số nơi trong vùng hạ lưu sông, trên sông Nhà Bè, lưu lượng sóng bán nhật triều có thể đạt tới 8.000-10.000 m3/s (cả hai hướng vào và ra), gấp hàng chục lần lưu lượng trung bình được cung cấp từ nguồn thượng lưu trong mùa kiệt hiện nay sau khi có Trị An (200-300 m3/s) hoặc vài lần trong mùa lũ (2.000-3.000 m3/s) Càng vào sâu trên các sông, do biên độ dao động mực nước giảm mà biên độ lưu lượng sóng triều cũng giảm theo Trên hệ thống kênh, rạch nội đồng, lưu lượng sóng bán nhật triều rất lớn ở các cửa và khi vào trong nội đồng thì

lại bị tắt nhanh Cửa Tân Thuận biên độ có thể tới ±500 m3/s nhưng khi vào đến cầu chữ Y thì chỉ còn ±100-200 m3/s

Trên sông Thị Vải, tại trạm Phú Mỹ (Bảng 1.2), kết quả đo thuỷ văn kỳ đo 15 ngày (10-25/IV/2003) lưu lượng chảy xuôi (+) tức thời lớn nhất (Qmax+) là 7.466 m3/s (ứng với

Vmax+= 0,826 m/s), lưu lượng chảy ngược (-) tức thời lớn nhất (Qmax-) là 5.838m3/s (ứng với

Vmax- = 0,666 m/s) và lưu lượng bình quân kỳ đo 15 ngày chỉ có 20,0 m3/s (chảy ra biển) Mặc dù vận tốc dòng chảy xuôi và dòng chảy ngược đều lớn, biên độ triều lớn (ΔH = 4.06 m) nhưng do lượng nước thượng nguồn về quá nhỏ, không đủ đẩy nước ô nhiễm trên sông Thị Vải, nên hầu như cả năm nước sông này bị ô nhiễm màu đen với mùi rất ô nhiễm

Trên sông Đồng Nai và sông Sài Gòn, dòng chảy ở vùng hạ lưu đã bị thay đổi căn bản, chuyển từ dòng chảy một chiều sang dòng chảy hai chiều suốt năm Ví dụ, tại trạm Biên Hoà (sông Đồng Nai) vẫn còn dòng chảy 2 chiều ngay trong mùa lũ Kết quả thuỷ văn mùa lũ năm 2002 (28/IX đến 13/X/2002) cho thấy lưu lượng chảy xuôi tức thời lớn nhất là 3.584 m3/s, lưu lượng chảy ngược tức thời lớn nhất là 404 m3/s, lưu lượng bình quân kỳ đo

là 2.061 m3/s (xuôi về hạ lưu)

Kết luận chương:

Từ vị trí địa lý cho thấy chế độ thủy lực của hệ thống sông Sài Gòn-Đồng Nai là khá phức tạp Chế

độ thủy lực của hệ thống có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của Sài Gòn và Đồng Nai, cả hai được xem như khu vực kinh tế quan trọng bậc nhất của cả nước Cả Tp Hồ Chí Minh và Biên Hoà đều chịu ảnh hưởng trực tiếp từ lưu lượng xả từ hai hồ chứa Trị An và Dầu Tiếng Nghiên cứu định lượng hiện tượng này trong trường hợp cực đoan khi xảy ra vỡ đập nói trên sẽ góp phần làm sáng tỏ mức độ ngập và cũng cho phép chủ động hơn trong quản lý và vận hành hệ thống công trình phía hạ lưu nhằm giảm thiểu tổn thất có thể xảy ra Nghiên cứu này cũng còn có ý nghĩa tham gia vào mục tiêu nghiên cứu sự an toàn của Thành phố trong bối cảnh biến đổi khí hậu thường gây ra các hiện tượng thuỷ văn cực được dự báo có khả năng xảy ra trong tương lai

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TOÁN SỐ

TELEMAC2D

2.1 Tổng quan

Trên thế giới, nghiên cứu thủy động lực học đã có nhiều thành tựu và được phân theo các hướng như bán kinh nghiệm, thực nghiệm, mô hình v.v.Trong đó, các mô hình thủy động lực được đặt cơ sở trên việc sơ đồ hóa một hay nhiều chiều của dòng chảy với phương pháp tính số khác nhau được xem là công cụ nghiên cứu hiệu quả và tin cậy Kết hợp với

mô hình thủy động lực học các nghiên cứu các lý thuyết liên quan đến quá trình sự thay đổi lòng dẫn trong hệ thống sông rạch với nhiều giả thiết khác nhau cũng đã được nhiều tác giả quan tâm

Đối với khu vực cửa sông bị ảnh hưởng triều, các nghiên cứu liên quan đến quá trình vận chuyển vật chất bằng mô hình một chiều có thể kể đến như De Vires và cộng sự (1989) hay Smith và Kirby (1989)

Theo một hướng khác, nhiều mô hình thương mại mô phỏng chất lượng và chuyển tải bùn cát trong môi trường nước trên cơ sở kết hợp giữa mô hình thủy động lực và mô hình vận chuyển và khuếch tán vật chất đã được xây dựng Các mô hình một chiều hiện nay thường dùng bao gồm: SOBEK [1] (với Sông/Đất thấp/Đô thị), DUFLOW, ISIS, MIKE11, MOUSE và HYDROWORKS Các mô hình hai chiều như MIKE21, CE-QUAL-W2, Delft3D, WAQUA và DUCHESS và các mô hình ba chiều đang được sử dụng hiện nay là Delft3D, MIKE và TRIWAQ

Một số công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau trong nước, đã thực hiện cho các vùng nghiên cứu cụ thể như Biển Đông, vùng ven biển, vùng cửa sông, trong vịnh và trong sông

Các mô hình đã được xây dựng và áp dụng trên các vùng sông biển Việt Nam có thể

kể đến như: SOGREAH, MASTER MODEL, MEKSAL, VRSAP, SAL, KODI, HYDROGIS, DELTA v.v GS TS Nguyễn Tất Đắc và các cộng sự đã phát triển mô hình ghép nối 1-2 chiều để tạo ra các biên thủy lực và mặn ở các cửa sông ĐBSCL [2] TS Lê Song Giang [5], Bộ môn Cơ lưu chất, Khoa KTXD, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí

Minh, đã sử dụng phương pháp Thể tích Hữu hạn (TTHH) để nghiên cứu thiết lập [3] Gần đây có nghiên cứu của TS Bảo Thạnh với đề tài “Nghiên cứu chế độ thủy động lực và chất lượng nước vùng cửa sông Sài gòn – Đồng Nai" với các phương pháp phân tích, thống kê và

mô hình toán MIKE21 & ECOLAB

Mô hình VRSAP

Tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng và được sử dụng rộng rãi

ở nước ta trong vòng 25 năm trở lại đây

Đây là mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực của dòng chảy một chiều (1D) trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ Các khu chứa nước và các ô đồng ruộng trao đổi nước với sông qua cống điều tiết Do

đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô đồng ruộng thành hai loại chính Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa thông thường

Mô hình KOD-01 và KOD-02

Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển dựa trên kết quả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục vụ tính toán thủy lực, dự báo lũ

Mô hình WENDY

Do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn

Mô hình HEC-RAS

Do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho

hệ thống sông Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung thêm module tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông

Họ mô hình MIKE

Do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan hay cá nhân nào cũng có điều kiện sử dụng

+ MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều” MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21,

mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải chất khuếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian

Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa

mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD

+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ

đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Mô hình MIKE21-HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

MIKE21-HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm:

 Ngập và tiêu nước cho vùng tràn

 Tràn bờ

 Dòng qua công trình thuỷ lợi

 Thủy triều

 Nước dâng do bão

Tuy nhiên, MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn

Bộ mô hình Mike là mô hình tương đối mạnh và đã được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam, đây là bộ

mô hình toán số rất phù hợp cho việc mô phỏng bài toán vỡ đập Tuy nhiên, đây là mô hình thương mại với

phí bản quyền rất cao và không phải ai cũng có thể sử dụng được Ngoài ra theo kinh nghiệm sử dụng của một số các nhân, tổ chức,…mô hình Mike cũng khá hạn chế về phương diện tốc độ tính toán khi xử lý các bài toán lớn Mô hình với dạng mã nguồn “đóng” cũng là một hạn chế rất lớn khi sử dụng trong các bài toán nghiên cứu

Trong khi đó, mô hình Telemac với kỹ thuật lập trình song song cho phép xử lý các bài toán lớn với các phần tử miền tính có thể trên nhiều triệu phần tử Thời gian tính toán được giảm rất nhiều khi chương trình được chạy trên các trung tâm tính toán hiệu năng cao (HPCC) có nhiều bộ xử lý đồng thời nhờ vào kỹ thuật lập trình này Đây là mô hình thủy lực rất mạnh, đặc biệt là mô phỏng lũ, vỡ đập; hơn nữa đây là mô hình miễn phí và là mô hình mã nguồn mở (từ năm 2012) Với mô hình này, người sử dụng có thể dể dàng phát triển những ý tưởng “khoa học” của cá nhân nhờ vào xây dựng bài toán theo hiện tượng vật lý cần kiểm tra, nghiên cứu Cùng với sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình Fortran thì việc linh hoạt, mềm dẻo trong xây dựng mô hình sẽ dễ dàng hơn Ngày nay, mô hình Telemac được cộng đồng các nhà khoa học cùng nhau phát triển nên hứa hẹn trong tương lai sẽ ngày càng hoàn thiện hơn

Trên các cơ sở nêu trên, mô hình Telemac2D đã được lựa chọn sử dụng cho nghiên cứu này

2.2 Mô hình toán số Telemac

Mô hình toán số Telemac được bắt đầu phát triển từ năm 1987 do Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộc Trung tâm Quốc gia nghiên cứu Thủy lực của Điện Lực Pháp (EDF)

Mô hình Telemac ngày nay đã có những cải thiệt đáng kể về tốc độ tính toán do hỗ trợ các phương pháp tính toán song song để ứng dụng chạy trên các hệ thống máy chủ lớn Mô hình Telemac trước đây khi

sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây đã trở thành nguồn mở và hoàn toàn miễn phí

Phiên bản mới nhất hiện nay là V7.0 với các module trong bộ phần mềm Telemac:

Telemac2D: Mô hình tính dòng chảy 2 chiều, giải hệ phương trình Saint-Venant (bao gồm mô

phỏng hiện tượng truyền các chất hòa tan) hỗ trợ cả 2 phương pháp tính khác nhau:

+ Phương pháp phần tử hữu hạn: hệ phương trình Saint-Venant viết dưới dạng bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp chiếu (Projection Method) khi dùng sơ đồ ẩn Phương pháp này có tính ổn định cao với tốc độ tính rất nhanh

+ Phương pháp thể tích khối hữu hạn không cấu trúc: phương trình Saint-Venant viết dưới dạng bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp Godunov (xấp xỉ bất biến Riemann) khi dùng sơ đồ hiện Phương pháp này cho phép tính toán sóng gián đoạn ngay cả khi địa hình phức tạp (bài toán vỡ đập) với tốc độ tính toán cao

Telemac3D: Mô hình tính toán dòng chảy 3 chiều, giải hệ phương trình Navier – Stockes

Các module kết hợp với Telemac: Mô hình toán số Telemac có thể phối hợp với các module khác để giải các bài toán nghiên cứu khác nhau trong trong lĩnh vực thủy động lực học dòng chảy:

- Artemis: tính sóng biển có xét tới hiện tượng vật lý như phản xạ, nhiễu xạ, khuếch tán của sóng

biển khi truyền vào vùng nước nông trước và trong cảng biển

- Tomawac: Tính truyền sóng trong vùng biển ven bờ

- Sisyphe: giải bài toán tải bùn cát và biến hình lòng dẫn 2 chiều Mô hình phân miền tính toán

làm 2 phần:

+ Phần dòng chảy phía trên đáy: tính toán bùn cát lơ lửng hay sát đáy, dính hoặc không dính

với các phân phối cỡ hạt khác nhau

+ Phần dưới đáy giả định: giải bài toán nén sụt và cứng hóa của bùn cát dưới đáy Hai phần sẽ

trao đổi bùn cát tương tác nhau

- Sedi – 3D: Giải bài toán tải bùn cát 3 chiều

Bộ công cụ hỗ trợ

- Rubens: vẽ kết quả tính toán

- Matiss, Blue Kenue: Bộ tạo lưới và khai thác kết quả

- Stbtel: Giao diện lưới

- Potel – 3D: Vẽ các lát cắt 2D từ 3D

Một trong những điểm mạnh của mô hình Telemac so với các phần mềm khác về phương diện sử dụng trong nghiên cứu vì đây là phần mềm với mã nguồn mở Khi sử dụng các module trong Telemac, người sử dụng có thể đưa vào mô hình để đánh giá một hiện tượng vật lý theo ý kiến cá nhân mà hiện tượng này chưa được lập trình bởi Telemac bằng cách thông qua chương trình nguồn (user subroutine) của cá nhân chuẩn bị

2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình Telemac2D

Mô hình Telemac2D giải phương trình phương trình Saint-Venant (1871) cho dòng chảy mặt hai chiều (2D) theo phương ngang Theo phương thẳng đứng giá trị vận tốc (u,v) được tính theo giá trị trung bình Kết quả tính toán chính tại mỗi nút của lưới tính toán là độ sâu của mực nước và các thành phần vận tốc trung bình theo chiều sâu Ứng dụng chính của Telemac2D để tính toán thủy động lực các bài toán có mặt thoáng tự do trên sông hay ven bờ biển và có khả năng giải quyết các vấn đề sau:

- Lan truyền sóng dài, bao gồm ảnh hưởng phi tuyến

- Ma sát tại đáy

- Ảnh hưởng của lực Coriolis, ảnh hưởng của các hiện tượng khí tượng như: ứng suất không khí, bốc hơi bề mặt và gió

- Dòng chảy rối, dòng chảy xiết hoặc êm

- Tác động của nhiệt độ và độ mặn theo phương ngang đối với khối lượng riêng của nước

- Sử dụng hệ tọa độ vuông hoặc tọa độ cầu đối với bài toán có miền tính lớn

- Xử lý vùng không ngập thường xuyên trong miền tính: vùng ngập triều và vùng ngập lũ

- Xem xét quỹ đạo của một hoặc nhiều phần tử “trôi” trong miền tính (Largengienne)

- Sự tải và khuếch tán của chất tan bởi dòng chảy bao gồm các giai đoạn hình thành và phân rã

- Xử lý trường hợp đặc biệt như cống, đập, đê, xi phông …

- Bao gồm các lực kéo tạo ra bởi các công trình thẳng đứng

- Hiện tượng vỡ đập

- Xử lý bài toán trong trường hợp môi trường dòng chảy không “hoàn toàn” chiếm bởi nước Ví

dụ dòng chảy qua rừng có mật độ cây đáng kể

- Kết hợp với module “sisyphe” để giải bài toán biến hình lòng dẫn, vận chuyển bùn cát trong miền tính

- Kết hợp với module để giải bài toán chất lượng nước

Đây là phần mềm có nhiều ứng dụng Trong lĩnh vực hàng hải đặc biệt đề cấp đến việc tính toán các kích thước công trình cảng, nghiên cứu ảnh hưởng cả việc xây dựng các công trình đê chìm hay nạo vét, tác động của nguồn thải tại cửa ra của vùng ven biển hay nghiên cứu về các luồng nhiệt Đối với các ứng dụng sông cũng đề cấp đến việc nghiên cứu tác động từ những công trình xây dựng (cầu, cống, đê đập…), vỡ đập,

lũ hay sự chuyển tải các chất phân rã, không phân rã Telemac2D cũng được sử dụng cho một số các ứng dụng đặc biệt như là sự vỡ các hồ chứa công nghiệp, hiện tượng tuyết tan rơi vào hồ

Hệ phương trình sử dụng trong Telemac2D như sau:

- Phương trình liên tục:

 h h div U S ( 2 1 )

U t

- Phương trình động lượng theo phương y:

h

1Sy

Zgv.Ut

h (m) : Chiều cao nước

u,v (m/s) : thành phần vận tốc theo phương x và phương y

T (g/l hay oC) : thành phần các chất hay nhiệt độ

Sx, Sy (m/s2) : các ngoại lực (không kể trọng lực, ví dụ lực Coriolis, ) tác dụng trên

một đơn vị khối lượng chiếu theo phương ngang x & y

ST (g/l/s) : lưu lượng chất khuếch tán của nguồn

Trong đó:

h, u, v, T là các đại lượng chưa biết

Sx, Sy (m/s2) là số hạng nguồn tượng trưng cho các thành phần như gió, lực Coriolis,

ma sát đáy, nguồn thêm vào của phương trình động lượng trong miền tính Các thành phần khác trong phương trình được biến đổi qua một hoặc nhiều bước sau (trong trường hợp trung bình bằng các phương pháp đặc trưng):

 trung bình các đại lượng h, u, v và T

 các số hạng lan truyền, khuếch tán và nguồn của phương trình động lượng

 các số hạng khuếch tán và nguồn của phương trình chuyển tải

Tính nhớt rối có thể được cung cấp bởi người sử dụng hoặc có thể được xác định bằng mô hình mô phỏng sự chuyển tải của đại lượng rối k (động năng rối) và Epsilon (tiêu tán rối), phương trình như sau:

h

1k.Ut

k

kv k

.hdivh

1

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TRUYỀN LŨ DO VỠ ĐẬP

TRỊ AN & DẦU TIẾNG

Một trong những yếu tố quan trọng trong bài toán cảnh báo lũ sớm là khả năng mô phỏng của hệ thống máy tính đủ nhanh để đưa ra các kết quả dự báo đáp ứng theo thời gian thực Để đánh giá khả năng này, nghiên cứu chọn hiện tượng lũ gây ra cho hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai từ giả thiết do vỡ đập hồ chứa trong vùng thượng nguồn gây ra Nội dung chương này sẽ giới thiệu kết quả xây dựng một mô hình toán số nhằm nghiên cứu hiện tượng truyền lũ do vỡ đập Dầu Tiếng hoặc Trị An gây ra

3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu chế độ thủy động lực học khu vực sông Sài Gòn-Đồng Nai

3.1.1 Giới thiệu

Hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn (ĐN-SG) là vùng đất được tính từ sau thác Trị An trên sông Đồng Nai,

từ sau đập Dầu Tiếng trên sông Sài gòn và giới hạn đến hết bờ tả kênh Mỹ Bình – Bo Bo Diện tích tự nhiên toàn vùng khoảng 452.000 ha, bao gồm phần đất thuộc địa phận các tỉnh Đồng Nai, Sông Bé, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu, Long An và thành phố Hồ Chí Minh Trong lưu vực đã và đang hình thành nhiều trung tâm công nghiệp và khu dân cư tập trung lớn trong đó thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá và khoa học kỹ thuật quan trọng của cả nước; ngoài ra, các tỉnh thành chung quanh thành phố HCM đã phát triển nhanh chóng giúp cho bộ mặt vùng hạ lưu có tốc độ tăng trưởng kinh tế đứng đầu trong cả nước

Sự tăng trưởng vùng hạ lưu trong những năm vừa qua đã thúc đẩy việc đô thị hoá, giúp bộ mặt các thành phố thêm thông thoáng và khang trang hơn Tuy nhiên vùng hạ lưu sông chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều biển Đông rất mạnh nên với địa hình tương đối thấp kết hợp với mạng lưới sông rạch chằng chịt ở hạ lưu ĐN-SG khiến cho mặn xâm nhập sâu vào nội đồng Vào mùa mưa lũ, vùng hạ lưu còn chịu ảnh hưởng mưa cục bộ với cuờng suất lớn, bởi lũ thượng nguồn trên hai sông Đồng Nai, sông Sài Gòn và ảnh hưởng bởi lũ tràn từ Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) sang lưu vực sông Sài Gòn

3.1.2 Miền tính toán

Miền nghiên cứu chế độ thủy động lực học của dòng chảy được giới hạn như sau:

- Về phía thượng lưu miền tính, xét về mặt địa hình và các công trình đã được xây

dựng, miền tính phía thượng lưu trên nhánh sông Sài Gòn được lấy đến chân đập Trị An Trên nhánh sông Đồng Nai được lấy đến chân đập trị An, trên nhánh sông

Bé được lấy đến chân đập Phước Hòa Trên các nhánh sông Vàm Cỏ Đông kéo dài đến vị trí Trạm Gò Dầu Hạ và trên nhánh sông Vàm Cỏ Tây đến vị trí trạm đo Mộc Hóa

- Về phía hạ lưu miền tính, một biên hở sẽ được xác định ngoài khơi cửa sông Soài

Rạp, Vũng Tàu (Hình 3.1)

Hình 3.1: Miền tính 2D

- Diện tích miền tính khoảng 4660km2 Lưới tính toán được xây dựng trên cơ sở sử dụng phần mềm Bkue Kenue Đây là phần mềm chuyên dụng để tạo lưới tam giác phi cấu trúc sử dụng trong các mô hình toán số trong đó có Telemac Phần mềm này được phát triển bởi Trung tâm tính toán thủy lực Canada (CHC) Toàn bộ miền tính được mô hình hoá bởi 148 nghìn phần tử tam giác phi cấu trúc với phần

rạch và phần tử lớn nhất có cạnh khoảng 1500m dùng mô tả phần tử ngoài vùng cửa sông và biển của miền tính

Hình 3.2a: Lưới tính toán 2D vùng bán ngập và sông, rạch

Hình 3.2b: Lưới tính toán 2D cửa sông và biển

3.1.3 Địa hình

Số liệu địa hình (Hình 3.3) của miền tính được tham khảo từ các nguồn sau:

Số liệu địa hình các sông rạch trong vùng tham khảo từ dữ liệu mô hình MIKE được thiết lập bởi Viện nghiên cứu Thủy lợi miền nam Trong đó trên cơ sở các mặt cắt sông điển hình số liệu đã được nội suy tăng dày nhằm phục vụ cho lưới 2D trong các sông.

Số liệu cao độ địa hình 2D vùng biển được tham khảo từ tài liệu ETOPO1 Số liệu có DEM có mật độ điểm khoảng 1’ khai thác từ phần mềm GEBCO

Hình 3.3: Địa hình ngoài khơi cửa sông Soài Rạp-Lòng Tàu

[Nguồn: Phần mềm GEBCO, cơ sở dữ liệu ETOPO1]

Số liệu địa hình 2D trên cạn được xác định từ tài liệu tham khảo đã được xử lý của Viện nghiên cứu Thủy văn và Biến đổi khí hậu Mật độ điểm của bản đồ DEM sử dụng có

cự ly trung bình khoảng 25m

Hình 3.4: Cao độ địa hình miền nghiên cứu

3.1.4 Biên triều hạ lưu

Số liệu biên triều tại biên hở hạ lưu miền tính được xác định nội suy từ 2 trạm Vũng Tàu và Vàm Kênh

3.1.5 Hiệu chỉnh mô hình

Để hiệu chỉnh mô hình, nghiên cứu sử dụng trận lũ điển hình năm 2000 Cùng với ĐBSCL và một số địa phương khác trên cả nước, trong năm 2000, lũ lớn cũng đã xảy ra trên hệ thống sông Đồng Nai, đặc biệt là phần thượng-trung lưu dòng chính sông Đồng Nai, sông Bé và sông Sài Gòn

Vào đầu mùa mưa năm 2000, do mưa sớm, lũ trên hệ thống sông Đồng Nai cũng xuất hiện sớm hơn trung bình, tuy vẫn còn ở mức thấp Trong tháng 8, một số nơi đã có mưa và đỉnh lũ khá lớn Vào những ngày cuối tháng 9, đầu tháng 10, do ảnh hưởng liên tiếp của các đợt áp thấp nhiệt đới, nhiều nơi trên lưu vực

có lượng mưa đạt từ 50-100 mm/ngày hay tổng lượng mưa trong 3-5 ngày liên tiếp từ 100-250 mm, trong khi mặt đệm no nước, gây nên lũ lớn ở hầu hết các nơi

Vùng thượng lưu:

Trên sông Đồng Nai, từ tháng 8, do dòng chảy từ thượng lưu về hồ Trị An nhiều nên nhà máy thủy điện luôn hoạt động 4 tổ máy với lưu lượng qua turbine khoảng 800-840 m3/s, lượng còn lại đều được tích lại trong hồ Khoảng cuối tháng 9, do có mưa lớn, lưu lương về hồ đạt từ 1.200-1.500 m3/s, nên từ ngày 27-29/9, ngoài lưu lượng qua turbine, còn xả qua tràn với lưu lượng 470-630 m3/s, sau đó giảm dần đến không xả vào ngày 02/10 Tuy vậy, do có mưa lớn thượng lưu nên từ ngày 03-08/10, nhà máy xả qua tràn trở lại với lưu lượng từ 110-480 m3/s Do lưu lượng về hồ tăng nhanh từ 1.380 m3/s ngày 09/10 lên 2.570 m3/s ngày 11/10

và duy trì trong khoảng 2.200-2.400 m3/s cho đến ngày 20/10 (ngày cuối nhận thông tin), nên lượng xả tràn cũng tăng nhanh từ 550 m3/s ngày 09/10 lên 1.740 m3/s ngày 11/10 và duy trì từ 1.300-1.500 m3/s đến ngày 20/10 Tổng lưu lượng xả xuống hạ lưu từ hồ Trị An từ 10-20/10 là từ 2.000-2.500 m3/s Lưu lượng đến hồ tương đương tần suất 25%, song do duy trì trong thời gian dài (trên 10 ngày) nên nhà máy phải xả qua tràn với lưu lượng cũng tương đương 25%

Trên sông Bé, cũng do có diễn biến thời tiết như sông Đồng Nai nên nhà máy thủy điện Thác Mơ, ngoài lưu lượng phát điện qua turbine khoảng 170 m3/s, cũng xả tràn từ ngày 27/9 với lưu lượng từ 50-200 m3/s Đến ngày 10/10, do lưu lượng về hồ tăng đột ngột từ 200-250 m3/s những ngày trước đó lên 1.400 m3/s, nên nhà máy xả tràn trên 1.000 m3/s Sau ngày 11/10, là ngày xả qua tràn với lưu lượng lớn nhất 1.100 m3/s, thì từ 12-20/10, do lưu lượng về hồ giảm ở mức 400-500 m3/s, nhà máy chỉ duy trì xả tràn ở mức 100-400 m3/s Tổng lưu lượng xả xuống hạ lưu hồ Thác Mơ từ 10-20/10 là từ 350-1.280 m3/s Lưu lượng đến hồ đạt trị số cao nhất ngày 10/10 là 1.420 m3/s, tương đương tần suất 20% Lưu lượng

xả xuống hạ lưu ở mức cao nhất 1.280 m3/s tương đương tần suất 25%

Nếu tính cả lưu lượng lũ sinh ra ở vùng từ hạ lưu Thác Mơ đến cửa sông Bé, thì lưu lượng lũ ra cửa sông Bé ước khoảng từ 1.800-2.000 m3/s Tổng lưu lượng từ thượng lưu Trị An và sông Bé đổ xuống Biên Hòa ước khoảng 4.000-4.300 m3/s trong khoảng các ngày từ 10-12/10, nhỏ hơn chút ít so với lưu lượng lũ năm 1978 cũng được đo tại Biên Hòa là 4.500 m3/s Như vậy, lưu lượng lũ năm 2000 ở dòng chính Đồng Nai và sông Bé được đánh giá tương đương tần suất 15% Tuy nhiên, do lũ năm 2000 duy trì dài ngày nên có tổng lượng lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các vùng ngập hạ lưu

Trên sông Sài Gòn, cũng do mưa lớn nên dòng chảy về hồ Dầu Tiếng tăng nhanh từ vài trăm m3/s lên đến khoảng 1.600 m3/s vào ngày 12/10 và mực nước hồ tích đến cao trình cao nhất là 24,35 m ngày 13/10 Từ 07/10, hồ đã xả xuống hạ lưu khoảng 100 m3/s và tăng dần để đạt cao nhất 600 m3/s vào ngày 12/10, sau đó, từ ngày 15/10 giảm dần và còn 200 m3/s vào ngày 20/10

Như vậy, với lũ năm 2000, cả 3 hồ chứa đều đã tích ở mức bằng hoặc cao hơn mực nước dâng bình thường Tổng lưu lượng xả lớn nhất của cả 3 hồ và lượng sinh ra ở khu giữa xuống vùng hạ lưu trong các ngày từ 10-12/10 ước tính đạt từ 5.500-6.000 m3/s Đây là lưu lượng lũ không lớn, tương đương tần suất 20- 25%, tức 4-5 năm một lần, song do có tổng lượng lớn (khoảng 28-30 tỷ m3), nên gây ngập lụt nghiêm trọng ở một số vùng, cả ở thượng, trung và hạ lưu

Vùng hạ lưu:

Do đặc điểm có hệ thống sông kênh nối thông nhau, không chỉ trong nội vùng châu thổ hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai-Sài Gòn, mà còn liên kết với hệ thống sông Cửu Long qua hệ thống sông Vàm Cỏ Tây

và Vàm Cỏ Đông, mà ngập lụt ở vùng hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai cùng lúc ảnh hưởng bởi 4 yếu tố là:

- Lũ thượng lưu sông Đồng Nai, sông Bé và sông Sài Gòn (có thể kể cả sông Vàm Cỏ Đông);

- Lũ từ hệ thống sông Cửu Long;

- Mưa vùng hạ lưu;

- Thủy triều từ biển Đông

Đối với những năm có lũ sông Mekong lớn, thì vùng hạ lưu, chủ yếu là khu vực phía Tây-Nam TP

Hồ Chí Minh với các huyện Hóc Môn, Bình Chánh, các huyện Đức Hòa, Đức Huệ, Thủ Thừa, thị xã Tân An tỉnh Long An và các huyện Bến Cầu, Trảng Bàng tỉnh Tây Ninh, bị ảnh hưởng rất lớn từ lũ sông Mekong

Do mưa, lũ xảy ra cùng với triều cường nên mực nước hạ lưu có xu thế tăng dần theo triều và lũ Trên dòng chính sông Đồng Nai, tại Biên Hòa, mực nước tăng giảm theo triều và được nâng dần lên do lũ để đạt trị số cao nhất 2,19 m vào ngày 15/10, cao hơn lũ 1978 đến 31 cm (trong khi lũ 20/10/1952 cho mực nước 4,73 m) Cần lưu ý là lũ năm 1978 xảy ra vào ngày 31/8, thủy triều thấp hơn nhiều so với thủy triều tháng 10 Tại Nhà Bè, do lòng sông mở rộng và ảnh hưởng triều mạnh, mực nước đỉnh triều chỉ dao động trong khoảng từ 1,1-1,3 m và đạt lớn nhất ở mức 1,42 m vào ngày 16/10, chỉ cao hơn đỉnh triều cùng thời kỳ những năm trước vài cm Trên sông Sài Gòn, do xả lũ đột ngột nên mức nước hạ lưu Dầu Tiếng tăng nhanh, đạt cao nhất ở mức 4,78 m vào các ngày 14-15/10, sau đó giảm dần và hiện đến 20/10 vẫn còn xấp xỉ ở mức 3,0 m Tại Bình Dương, mực nước dao động theo triều với đỉnh từ 1,00-1,10 m và đạt cao nhất 1,26 m vào ngày 16-17/10 Tại Phú An, mực nước cũng dao động chủ yếu theo triều và mực nước lớn nhất cũng chỉ cao hơn mực nước Nhà Bè 1 cm Trên sông Vàm Cỏ Đông, mực nước cả ở Gò Dầu Hạ và Tân An đều dao động theo triều nhưng lên chậm do lũ Tại Gò Dầu hạ, mực nước cao nhất là 1,80 m, lớn nhất trong nhiều năm qua, tương đương tần suất 5-7%, vượt cả tần suất trên dòng chính sông Đồng Nai, mà nguyên nhân chính vẫn

là do lũ sông Mekong lớn chuyển sang Tại Bến Lức, mực nước cao nhất là 1,38 m ngày 17/10, cũng là mực nước cao trong khoảng 10 năm nay

Như vậy, có thể thấy rằng, do lưu lượng lũ thượng lưu về khá lớn và kéo dài, gặp thời kỳ triều cường có đỉnh cao, nên mực nước ở nhiều nơi vùng hạ lưu hệ thống sông Đồng

Nai-Sài Gòn, đặc biệt là trên 2 sông Vàm Cỏ Đông (thượng lưu Gò Dầu Hạ) và Sài Gòn (thượng lưu Thủ Dầu Một), đạt trị số cao hơn so với nhiều năm qua Trị số này, theo đánh giá sơ bộ, chỉ thấp hơn lũ 1952 nhưng vượt lũ 1978, 1996, đạt tần suất khoảng 3-5% Ở vùng ảnh hưởng triều mạnh (dưới Bến Lức trên sông Vàm Cỏ Đông, Phú An trên sông Sài Gòn và Cát Lái trên sông Đồng Nai), nên nhìn chung chỉ cao hơn năm 1996 vài cm, được đánh giá ở tần suất 7-8%

Tóm lại, trong năm 2000, lũ lớn thượng nguồn Đồng Nai – Sài Gòn kết hợp với lũ tràn từ ĐBSCL sang gây ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực nghiên cứu

Với các yếu tố trên, nghiên cứu chọn lũ năm 9/2000 làm năm mô phỏng để hiệu chỉnh mô hình

Kết quả mô phỏng hiện trạng lũ năm 2000

Mô phỏng lũ trong thời gian 10 ngày từ 19/9/2000 – 29/9/2000 ngày để hiệu chỉnh mô hình

Hình 3.5: Vị trí các trạm quan trắc mực nước trong vùng nghiên cứu