Ứng dụng mô hình hec 6 tính toán và dự báo diễn biến lòng sông hồng

các tính toán này được thực hiện đối với lưu lượng k ế tiếp trong dãy và chu kỳ được lãp lại lừ đau với những t h òn g tin hình học mới nhất.. là mô d u n lưu lượng của tiếu mặ t cắt: Lị

ĐẠI HỌC QUỒC GIA HA NỘI

TÊN ĐỂ TÀI:

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-6 TÍNH TOÁN VÀ

DỤ BÁO DIỄN BIÊN LÒNG SÔNG H ổ N (

BÁO CÁO TÓM TẮT

Q T - 0 3- 2 2Ths N g u v ễ n Thị N s a

c (Tic cán hộ t ham gia:

I ThS Đanti Q u ý Phưựnu

2 CN Lõ Thi flicu

d Mục tiêu \ à nội d u n g niỉhiĩn cứu:

Đẽ tài ứng d ụ n g m õ hình H E C- 6 ( mị hình số thúy d ộ n g lực m ột chi ều Imntĩ long dan hớ cĩ hiên di đ ộ n g do Tr ung tâm Kỹ thuật T h ú y vãn Hoa Kỳ thiếl kê) de tính tốn, mo p ho n g và dự bá<' diỏn biến lịne s ị n a Đ à phía hạ Ill'Ll đ áp Hồ Bình

Đà đèn Hà N ộ i ) làm co sớ khoa học cho coim tác q u y ho ạch nao VĨI các lũnti Iạch eian t h ỏn e thủy \ à khai thác tài n e u y é n nước

Nộ ị cluní.: nnhịĩn cứu bail õni ha vãn đẽ chính:

- Khai quát các điêu kiện địa lý tự nhien Ill'Ll MIC son a H o n e và đặc d iê m đoan

m a n e sơnii nghiên cứu

- N s h i ê n cứu c ơ sơ lý thuyết cua m ơ hình HEC-6

- Unu ciLUILL m ổ hình H E C -6 lính tốn YU d ự báo diẽn biến đ oạn s o n i Hổrm lừHoa Bình đến Hà Nội

- Đã khái qu át được tương đối đầy các điéu kiện địa lý tụ nhiẽn Ill'll vực so ne

đictn khí hau khí tưưna đặc điểm m a n g lưới son li suối và m ị la chi tiết đặc đ ic m đoan m ạ n e sõm: niihiên cứu

- Đ ã n ghi ên cứu kỹ cơ sớ lý thuyết c ủa m ỏ hình H EC- 6 Cụ thế hì: tìm hiêuxiiát \ ứ m ụ c đích \'à n g u yê n lý các khá nãnì! \'à han c h ĩ C(í sir K Ihuyct tính tốn

thúy lực cư sư iý thuyết tính toán vận c hu yên bùn cát và sự thay đòi cao trình đáy các yêu cáu vé số liệu đẩu vào và các cách kiếm soát số liệu đâu ra cua mó hình HEC-6.

- Đ ã ứng du ng m ô hình H EC- 6 đê tính loán m ỏ p h o n s và dự báo diễn hiõn lung sóng Đà phía ha lưu dập Hoà Binh (đoạn từ Hoa Bình đen Iiiiã ba T h a o - Đ à ) \ii [ong sông Hỏng ( đoạn từ ngã ha T h a o - Đ à đến Hà Nôi) và rút ra được một so nhận xét ma n g tính chất kết luận

- Đ ã đ ãn g m ột bài báo k h oa học băng tiêng A n h với tiêu dê “ Mỏ p h o n e diễn bio’ll lòii!i dẫn hộ i hống sỏnt! Hôn g hang m ỏ hình H E C - 6 ( đoan sórm Đ a tù' Hoà Bình đôn ngã ha T hao Đà và đoạn s ô ne H ỏ n e từ n e ã ha T h a o - Đ à đôn Hà Nội )" tron tì T ạ p chí khoa học Đại học Q u ố c gia Hà Nội Khoa học Tụ nhiên và Côn Lí ntihc T XIX

NO 1 1 r 68-8 I N am 2003

- Đã thu t hập được bỏ số liệu địa hình, thúy vãn thúy lực và hùn cát tưoìiì! dõi duy liu đó hườn ti dan sinh \ k-n lam khoa luận lót nulucp

- Đ ã hướnu dan 1 khoa luận tót n ghiệp cho sinh viên T h u y van

ỉ, Tổn u kinh phí cua đe tài:

T o n e kinh phí cua đẽ lài được cấp là 20 triệu đõnti Đ ẽ tái đã chi hót ihco tiling các mụ c dà dự irù \'à dã qnyôt toán hết đií ns thời hạn

X Á C N H Ậ N C Ủ A B A N C H Ủ N H I Ệ M K H O A C H Ủ N H I Ệ M Đ Ế TÀI

í '

ThS N e u y ễ n Thi

S U M M A R Y I N E N G L I S H

a N a me of subject:

“ A p pl yi ng H E C - 6 mo de l to calculate and predict c h a n g e s o f Re d river b e d ”

h The main r esponsible person for the subject:

Ms N g u y e n Thi N g a

c C o mb i ne d responsible persons:

1 Ms Dang Q u y P hu o n g

2 BSc Le Thi Hieu

d Object ives and con ten t of the study:

Object ives o f the subject are study and application H E C - 6 model (one- dimensional mo va b le b ou n da ry open channel flow n ume ri c al mod el des ig ned by USA Hydr ological E n g i n ee ri ng Center) to simul at e c h a n g e s o f Da river bed (reach from Hoa Rinh to T h a o - D a c onf lue nce) and Re d river bed ( reach from Th ao - Du confluence to Ha Noi) to ma ke science basic for d r ed g e n a r r o w passages OĨ river traffic and exploit w a it e r resources

The ma i n cont ents o f the study include three ma i n pr oplems:

- Gener al i zat i on o f physical geogr aphy condi tions o f Re d river wat er sh ed and characteristics o f s tudy river net wor k reach

- S tudying theoretical basis of mo va bl e b ou n d a r y cal culation o f H E C- 6model

- Appl yi ng H E C - 6 model to calculate, s imul ate and predict c h a n g e s o f study river bed reach

e Attained results:

- R a t h e r c om p l e t e gener ated physical g e o g r a p h y c on d it io ns o f R e d wat er shed

on all a nc l es su ch as g e og r ap hi c position, t o p h o gr a ph v soil, b otanic cover class,

characteri st ics o f study river ne twork reach

- Studied theoretical basis o f movable b o u nd ar y cal c ul a ti on o f H E C - 6 model

- Applied H E C - 6 model to calculate, s imul ate and predicl c ha nge s o f study Red liver bed reach.

- O n e s cience article with title: "Simulation o f c h a n g e s o f Red river syst em

profile using H E C - 6 mo de l (Da river reach from Haa Binli to Tluia-Da confluence and Red

river reach from Thao-Da confluence to Hu Noi)" put on V i e t n a m National University,

Hanoi Journal o f Science Natural Sciences and T ec h n o l o g y ISSN 08 66 -86 12

BÁO CÁO CHÍNH

M Ụ C L Ụ C

LỜI MỚ Đ Ẩ U 2

Chương 1 Đ I Ể U KI ÊN ĐỊA LÝ T ự N H IÊ N LƯU v ự c S Ô NG HỒN G VÀ ĐẶC Đ IỂ M Đ O Ạ N M Ạ N G S Ô N G N G H I Ê N c ứ u 3

1.1 Vị trí địa l ý 3

1.2 Đ ị a h ì n h 4

1.3 Cấu tạo địa chất và đ ấ t 4

1.4 Lớp phủ thực v ậ t 5

1.5 Khí h ậ u

1.6 M ạng lưới sóng suối, đặc điế m đoạn m ạ n g s ồng nghiên cứu va tình hình tài liệu thúy văn đã thu t h ậ p 7

1.7 Q u y trình vận hành và một số thông số cơ bán của hô H oà b ì n h 1 2 Chương 2 c ơ SỞ LÝ T H U Y Ế T CỦA M Ô HÌ N H H E C - 6 14

2.1 Giới thiệu m ỏ hình H E C - 6 14

2.2 Cơ sớ lý thuyết tính toán thúy l ự c 1?

2.3 Cơ sớ lý thuyết tính toán bùn c á t 20

2.4 Các yêu cầu về số liệu đầu v à o 2C> 2.5 Kiếm soát đẩu r a 3 I Chương 3 ỨNG DUNG MỔ HÌNH HEC-6 TÍNH TOÁ N VẢ D ự BẢO DIKN BIẾN Đ OAN SÔNÍỈ h ổ n g T Ừ H O À b ì n h đ ế n h a n ổ i 33

3.1 Cơ sớ s ố l i ệ u 33

3.2 Sư đồ t í n h 34

3.3 Phân tích, xử lý số liệu đầu v à o 34

3.4 Đ i ểu kiện ban đầu và điều kiện b i ê n 39

3.5 Hi ệu chi nh và k iể m n gh iệ m m ô hình thúy l ực 39

3.6 Tí nh toán, lựa chọn côn g thức sức tái c á t 43

3.7 M ô p h ỏ n g diễn biến l ò ns sông H ồ n e đoan n ghi ên cứu đến nam 1997 ' ĩ 44

3.8 D ư báo th ử diễn biến lòng s ô n a H ổ n e đ o an n s h i é n cứu đến năm 1997 T ’ 46

3.9 Dụ báo d iễn biến lòng sông H ó n g đ o an n g h i ê n cứu đến năm 2052 48 KẾT L l l Ậ N 51

TÀI LIỆU T H A M K H Ả O 54

L Ò I M Ở Đ Ẩ U

Với hai n h iệ m vụ q uan trọng h àn g đầu là phát điện và p h ò n s lũ cho ha du từ khi vận hành, hổ Hoà Bình đã và đang đ em lại cho con người nhii ne lọi ích hết sức lo lớn nhưng c ũ ng đã và đ an g gây ra cho con người nh ững thay đối bát lợi như quá

chân đập và q u á trình xói lớ lan truyền vé hạ du Bơi vậy đánh giá m ỏ phónsi và tlư báo các thay đổi sau khi xây d ựne cô ng trình đ ập H o à Bình nói l i e n s và các cõim trình xây tlưng Irẽn sõng nói c hun g nhằin để xuất các biện pháp hạn c h ế các ihicí hại luón lá dê tai có tính cap Ihiết và có ý nghĩa thực tiền lớn C õ n e cụ hữu hiện và kinh

tế nhất đế giai qu yết các đề tài này là mô hình toán

H E C - 6 là m ô hình số thủy đ ộng lực một chiều trong lòng dán hớ có biên di

các thay đổi trong trắc diện dọc sông do xói hoặc bồi t r o n s các thời đoạn vừa

Đê tài này n ghiê n cứu ứng d u n s mò hình H E C - 6 đê’ m õ p h ó n e cliỏn biên lòn Li sõng Đà phía hạ lưu đập Hòa Bình (đoạn từ Hòa Bình đôn niũi ha Th no -Đ à) và lòim sông H ỏ ng (đoan từ ngã ha T h a o - Đ à đến Hà Nội) Báo cáo đê tài đưực bó cục ihành

ba ch ươn g ( k h ôn g kế phấn m ở đáu và kết luận):

Ch ươn g 1 Điêu kiện địa lý tự nhiên lưu vực s ô n e Hỏn li và tlặc đ ié m (.loạn

mạ ng s óng nghiê n cứu

Chư ơn g 2 Cư sớ lý thuyết của mò hình I IEC-6

H ổ n s từ Hò a Bình đến Hà Nội

C h ư ơ n g 1

Đ I Ể U K I Ệ N Đ Ị A L Ý T Ụ N H I Ê N L Ư U vực S Ô N G H Ổ N G V À

1.1 Vị trí địa lý

Nam (chí sau hệ thố ng s ông Mê Kông) Lưu vực hệ t hống s ó ng H ó n g được khõiiỊi chẽ trong phạm vi từ vĩ tuyến 2CT00' đén 2 5 l,3 0 ’ bắc và từ kinh tuycn 1 ()()"(>()' đèn 106l,0 7 ’ đ ỏn g với tổng diện tích 155 000 k n r trong đó có tới hơn nứa ( 5 3 r < ) năm ơ nước ngoài ( Tr ung Q uốc , Lào) còn phần diện tích trong nước chí chi êm 4 7 r f (72 7(H) krrr) [7] Hệ th ôn g s ông H ổ n g do ba sõng Đà, T h ao và Lỏ hợp thành, tronc đó sỏnii Thao được coi là d ò n g chí nh (hình 1.1)

Lưu vực s ô ng T hao tính đến Việt Trì có diện tích 51 800 krrr trong đó phán ihuộc địa phận Việt Nam chi 12 00 0 krrr N ằ m ớ vị trí c hu y ê n tiếp từ đó n u hắc saiiii táy bác cua Bác Bộ lưu vực sòng T hao kéo dài k h o án a 250 km từ tây bãc xLìônu dóng nam với chiều r ô n e trung hình khoang 50 km Giới hạn phía d o n e là dãy núi Con Voi (đường phán nước giữa hai lưu vực s õng T hao va s õng C ha y ); gioi han phía tây la dãy núi cao Ho àn g Liên Sơn-Pu L uô ng (đường phán nước mữa hai Ill'll vực sỏne T hao và sông Đà) với đinh F an- xi- pan cao nhất nước ta (3143 m ) [3][6]

Lun vực sông Đ à có tổng diên tích là 52 9 00 k n r trontì đi') phan thuộc dĩa phán Việt N am k h o á n g 26 800 k m 2, N ã m sáu trong lục địa thuộc khu táv hãc Bác

Bộ, lưu vực sông Đ à kéo dài tới 380 km theo hướnti tãv b ác- đôn II nam \'ứi c h i c II rónti trung hình k h o á n g 80 km Giới hạn phía đ ô n s là dãy núi HoànII Liẽn Sơn-Pu Lu ó na (đường phân nước giữa hai lưu vực s ông Đ à và s ô n ẹ T h a o ) với các đỉnh cao từ 250 0

m đến trên 3 00 0 m Giới hạn phía tày là các dãy núi cao như: Pu-đen-đinh( 1886 m) Phu-hiiỏi -Lonẹ ( 21 78 m) Phu-la-ina (1801 m) Phu-Tur m ( 1 4 86 nu \'à Phu-Sanu

vực sòng Mẽ K ô n g và sông Mã Phía cực bác có dãy núi cao Pu- si -lune ( 3076 m ) \'à Ngũ-đài- sơn ( 30 48 m) Phía đông nam là vùn tỉ núi t hấp Ba Vì (1287 m) \ a Vicn

N am ( 1029 m) - đư ờn g phân nước giữa hai lưu vực s ô n e Đ à và s óng Đ á y [5][6]

Lưu vực Sỏns Lô có t o n s diện tích là 39 0 0 0 k n r tronsỉ dó phan nam tròn địa

canh c un g s ỏ n e G â m , phía d ò n g nam là dãy Ill'll T a m Đ a o \'à phía lãv là dãy núi Con Voi [6],

V ù n u d ồ n g bằng châu thố do phù sa sóng HỔI12 bói đáp nén từ Viội Trì mo' rộng ra tới biển V ù n g đ ồ n g b ằng này rộng tới 1 1 3 00 k n r có d a n s tam giác với đỉnh là Việt Trì [4],

Đặc đi ể m nổi bật cu a địa hình trong lưu vực sông Đ à là các d ạ n e địa hình mil

lén mạ nh do chịu ánh hưởng của hoạt đ ộn g tân kiến tạo Các địa hình núi cao nguyên và t hung lũng sắp xếp song song theo hướng tây b á c - đ ỏ n s nam với đo cao

t r u n g h ì n h l ư u v ự c đ ạ t 9 6 5 m [ 5 ] [ 6 ] ,

Lưu vực sổng Lô có dạng địa hình phổ biên là đổi núi thấp Các (lũv núi I'.'n trong Ill'll vực đểu quy tụ về phía đ ông nam và m ớ rộ ng về phía bắc tao cho Ill'Ll vực

có dạng hình nan quạt Đ ộ cao bình qu ân lưu vực đạt 884 m, tr one đó độ cao từ 200

m trờ lén ch iế m tới 7 0- 8 0 % diện tích lưu vực [5][6]

1.3 Cáu tao địa chất và đát

loai đá như: granit đá phiên, sa diệp thạch, phiến thạch, sa thạch, cát kct, cuội két va

đá vôi Dãy H o à n g Liên Sơn và các dãy núi O' v ùng biên giói Vi ệt -Lào được call lạo hói các đá có n g u ồ n gốc m a cma Khói núi vòm s óng Ch ay ỏ' thượng i m u m Sony Cháv với đính T â y Cô n Lĩnh cao 2418 m là khối núi granit lớn nhất, diện lích tới

2500 k n r Phía nam khối núi này là vùng đồi núi t hấp ( bao ỉiổm thung lũne snnu Cháy, sòn í Lõ hạ lưu s ông G â m và s ỏ na Phó Đ á y ) được cấu tạo chu yếu hăim ilá phiên, dá cát kèl đá phiên kết tinh và các loại đá biến chát khác Cánh cu nu sonii

G á m được cấu tạo băng đá phiến thạch anh và đá cát kết đá vòi Đá vôi phán bu rộng rãi trên các cao n g u yê n đá vôi Tá phình-Sín Chai Sơn L a - M ộ c C hâ u ironii Ill'll vực sông Đà các cao n g u y ên đ ồn g Vãn Q u á n Bạ trong lưu vực sôniỉ Lo va cánh

eu n c N e â n Sơn, Y ê n L ạ c [7],

P h á n b ă c v à đ ô i ì i ỉ b á c l ư u v ự c t h u ộ c v ù n t i đ á t n ú i p h á t t r i c n t r ô n đ á VOI h i c i n trtV, lì đ ấ t h ã n g , c ó r ừ n a c h e p h ủ , đ ấ t p h á t t r i ế n t r ẽ n d i ệ p t h ạ c h , s a i h a c h \ ' à đ á v ù i

D o v ậ y , l i r ự ni i b ù n c á t hi x ó i m ò n đ ê c u n a c ấ p c h o SỎI12 k h ó n s n h i ê u n ó n sõiiii [,i'i

m a n s rât ít b ù n c á t V ù n e đ ấ t t h u ộ c d ã y n ú i F a n xi p a n - P u l u ỏ n t i c ó d i ẹ n l í c h r ọ n e

độ cao và địa hình thay đổi lớn được phủ bới các loại đất rất k hác nhau Đủi O' vùnt: này được phát triển trên các loại đá gốc như diệp thạch tinh thè hoa ciro’Hi’ Cai i’j

xuố ng phía tây n am , diệp thạch và đá vôi càng nhiều còn ớ phía đ ô n g nam la diệp thạch và hoa cương Đ â y là khu vực cun g cấp bùn cát q u a n trọng cho s õ n s Đ à và đón g gó p phấn c hủ yếu vào bùn cát sông Hồng Khu vực bên phải cua s o n s Đa co cao n g u y ê n đá vói k é o dài từ tây bắc x u ố n g đ ỏ n g n am , đát phát triên trên đá vói có

độ mịn lớn Ngoài ra, còn có các loại đất phát triển trên d iệp thạch, sa thạch, hoa cương T h á m thực vật ớ đáy bị phá hủy n gh iê m trọng nén rất thuận lọi cho xói mon[8], Các vùng đ ồ n g báng xen đồi được bồi lấp bới phù sa hiên đại hoặc bới cac vật liệu từ các đổi đưa xuống Vù ng đồng bằng ha lưu s ông H ỏ n s được bói tích bơi phu

sa sóng với lớp trầm tích dày [6],

1.4 Lớp phủ thực vật

Trước nh ữn g năm 80, lớp phú rừng cua lưu vực hệ t h òn e sòng H o n s còn kha

tý lệ phú rừng của một số lưu vực sóng vừa và nho c ủ a sóntỉ Đ à từ 30 đến 5 5 ' ; cua sông T hao từ 50 đến 6 5 % và cua sông Lô từ 45 đến 9 2 % ( b án g 1.1)

N hưi m từ n h ũ n g n ă m siữa thập ky 80 lớp phú thực vật trẽn lưu vực chu yêu la

r ùng dã bị tàn phá nãng T h e o tài liệu cua Viện Đ i êu tra Q u y h oạ ch rừne năm 1990[9], tv lệ rừng p hò n g hộ trên thượng n gu ồn s òn g Thao Đ à và Ló chi còn khoanti lừ

8 r’f đến 2 7 r/c ; ít hơn nhi ều so với tiêu ch uấ n đô che phu rìnm đáu nìiuón p h o n e hộ an loàn q u y định c ua F A O (-10%) T hư ợng n gu ồ n s ó n e T h a o (phán Việt N a m ) là nơi 1\

5

lệ rừng còn ít nhất, chỉ từ 8, 5% đến 15% ( bảng 1.2) Đ â v là một trong nhũ ng nguyên nhân chí nh làm tăng lượng dò ng chảy bùn cát trên thượng n g u ồ n các sõng Đà Thao

Lô trong n hữ ng n ã m từ 1986 đến nay Sự tãng diện tích c ác vùng đất trốn a đổi trọc

đã khiến đất bị xói m ò n n g hi ê m trọng, làm tăng lương bùn cát trong sõng vào m ùa

mư a lũ gây hiện tượng bổi lấp lòng sông ờ hạ lưu, ảnh hư ớn g n g hi ê m irọntỉ đến VÍCL tiéu thoát lũ và gây trớ ngại cho giao thông thủy

Diện tích đất có rừnsi (ha)

Ty lệ rừns so với diện tích đat tư nhicn(rv )

1.5 Khí hậu [7]

Khí hậu trong lưu vực hệ thống sõng Hổn g ớ phán lãnh thổ Viél Nam la khí hậu nhiệt đới gió mùa Các vếu lố khí hậu chịu tác đ ộ n g c úa địa hình, bicn doi mạnh theo k hõ ng gian và thời gian

Bức xa tổng c ộn g trung bình năm đạt k h o á n g 80 k c a l / c n r ớ vùnu núi cao va tăng lên tới 120 k c a l / c n r ờ vùng đ ồn g bằng Cân bằng bức xạ Irung bình nam cìmti hiến đổi từ dưới 4 0 k c a l / c m 2 ớ vùng núi cao đến trên 70 k c a l / c i r r O' vùng đ òn g Mím Can hãng hức xạ trung bình tháng t ư ơ ns đối cao trong các thán LI mù a hè (7-9

k cu l /c m2) và tương đối tháp tron li các thán a m ù a đ ôn g (3-6 k c a l / c n r )

Sỏ giò' n ắ n g t rung binh n ăm biến đổi trong p h ạ m vi từ dưới 1400 ụiờ ơ vìnm núi cao đến hơn 20 00 g iờ ớ các thung lũng

Nhiệt độ k h ô n g k hí trung bình n ăm cũ ng biến đổi m ạ n h theo k h ỏ n a eian va theo mùa T r o ng thời kỳ gió m ù a m ù a hạ nhiệt độ k h ô n g khí t r u n s bình t h á n ” khoánti 15-20"C ớ v ù n a núi, 20-30"C ớ vù na trung dll và đổriiỉ b a n s Troim [hoi k\ LLÌÓ mùa m ùa u ổ n g , nhiệt độ kh ôn g khí t ru n s bình thá ng k h oa i m 10-15’ C ớ \ùnti núi ] 5 - 2 0 ’C ứ \ Cintí, trung du và đ ồ n g bang

Nhiệt độ k h ô n g khí cao nhất tuyệt đối có thế trẽn 40"C’ f(42.fi"C lai Lai Cháu

tại Láníi ( 5/1926)]

Nhiệt độ k h ô n g khí thấp nhất tuyệt đối có thế hạ t hấp dưới 0"C o vùng núi cao [-4,5"C tại Sìn H ổ (3/1/ 1974) , - 4 , 7 ° c tại Cò Nòi (2/1/1974) -5.7"C tại Hoang Llen Sơn ( 14 /12/ 1975) ] và dưới 5"C ớ trung du và đ ồ n g bằng.

Đ ộ ám tương đối củ a khô ng khí trung bình n ă m vào k ho áng 8 0 - 8 5 r f , biên đoi không lớn theo k h ô n g gian trong lưu vực nh ưn g thay đổi m ạ n h theo mùa tương đoi cao trong m ù a m ư a và tương đối thấp trong m ù a khỏ

Lượng m â y tống q u an trung bình n ăm biến đổi trong ph ạm vi 6-cS.5 phan mười bầu trời, tương đối thấp ở lưu vực sồng Đ à và tương đối cao ờ lưu vực sònn Ló

Tố c độ gió trung hình năm biến đổi trong p hạm vi r ộng, từ dưới 1 m/s ớ thnnti lũng và những sườn núi khuất gió đến 3-4 m/s ớ đ ổ n g băng ven biến, thậm chí có the lẽn tứi trẽn 4 m/s o vùng níu cao như ớ H o à n g Liên Sơn

Lương bốc hơi trung bình n ăm (đo b ằn g ố ng Piche) c ũ ng hiến đổi mạ n h tro nu

không gian, có xu t h ế lớn ở vùng trung du và đ ồn g b ằng ( 9 0 0 - 1 0 0 0 n u n ) và nho ớ

vùng núi ( 5 0 0 - 7 00 mill)

Do ánh hướng c ua địa hình nén lư ợn” m u a nãm trung bình nhicu nám ( X ) phân bó rất k h ổ n g đêu trong lưu vực từ 1100-1200 m m ớ những nơi khnấi nió mua

ám đến trẽn 4 0 0 0 m m ớ sườn núi đón gió m ù a ám Nơi m ư a nhiêu nhát co lượim

mu a hàng năm lớn s ấ p 5 lán nơi m ưa ít nhất

Tr on g lưu vực hệ thống sông Hỏng, khu vực Bắc Q u a n a thuộc sườn núi Tày Côn Lĩnh có X , lớn nhất, đạt tới gần 50 00 mm Ngoài ra, còn một sỏ trung tâm inu'a lớn (X ,>3000 m m ) xuất hiên ứ vùng núi cao Hoàn Si Liên Sơn khu vực núi cao ó' hicn giói Việt- Tr ung, ta ngạn s õng Đà T h u n g l ũne Yen Cháu- Mộ c Châu O' hữu nu.; Ill sông Đà và t h ung lũng thượng ng uồ n s ông Ch ảy (Sin M ầ n - N ậ m Vai )la nluìnu míi L'i)

x„ nhỏ nhất (1 100- 1200 mm ) Ngoài ra, t h u n a lũn ti s ỏ n e Mi ên ứ c ao niHiyen Đonii

Vãn trong lưu vực s ôn g G â m cũng có X u tương đói n hỏ ( 1 2 0 0 - 1 3 0 0 m m | , Vimiỉ ha

Ill'Ll thuộc đ ồ n g bằng châu thổ Bắc Bộ có X 0 biến đổi tr ona p hạm VI 1300-2000 mm

tháp nhấl ỏ' khu vực Phúc Yên - Kim A nh thuộc lưu vực s o n s Cà Lò ( 1300-1400

m i n )

C ũn g n hư các yếu tô khí tượng khác, m ưa cũn g biên đổi theo mua Múa mua Irons’ lưu vực hệ t h ốn g s õ n e H ồ n g thường kéo dài từ t h á n ” V đến tháim IX X (chi >

6 t ha ne) n h ưn g có lượng m ư a chi ếm tới 7 5- 8 5 % lượng m ư a ca năm Trotm khi do

m ùa khô kéo dài tới 6-7 tháng nh img có t o n s lương m ư a chí c h i ế m l > 2 V í lượn ti nura cá năm

1.6 Mạ ng lưới s òng suối, đặc điểm đoan ma ng sông nghiên cứu và tình hình tai liệu thúy văn đã thu thập [7]

1.6.1 M a n g ìưóỉ sóng suôi

M a n e lưới sõniỉ suối trong hệ t h ốn e s ô n s H ỏ n e phát t n ế n IvhónL2 đẽ 11 \ ớ i mịii

dò lưứi s òng từ 0, 25 đ ến 0.5 k m / k n r O' nhữnii cao noLivên đá vôi kh ỏ han (Sơn

La-7

Mộc Châu, Đ ồ n g V ã n ) cho đến trên 1,55 k m / k m 2 ớ nh ưn g nơi m ư a nhièu và có địa hình bị chi a cắt mạnh.

Hệ thố ng sông H ố ng do ba sông: Thao Đ à và Ló hợp thành t ron" đó sỏni:

T hao được coi là d òn g chính (hình 2.4).

D òn g ch ính s ô ng H ổ n g bất ng uồn từ hồ Đại Lý ớ độ cao eân 2000 m tron đính Ngụ y Sơn thuộc tính Vân N a m - T r u n g Q uốc , chảy theo h ư ớ ne tây bă c- đon e nam q u a tính Vân N a m rồi đố vào nước ta tại biên giới V i ẽ t - T r u n s thuộc Phô Lu huyện Bát Xát tính Lào Cai; tiếp tục cháv q u a Lào Cai Yên Bái, Hà Nội Hưnti Yen rối đổ ra vịnh Bắc Bộ tại cửa Ba Lạt Phần n ằm trẽn lảnh thổ T r u ng Q u ố c dược ÍỈỌÌ la sòng Ng uyên, đoạn trung lưu từ biên giới đến Việt Trì được íiọi là s ô na T hao và ŨI' Việt Trì đến Ba Lạt được gọi là sông Hồng Tính từ n g u ô n đến cửa Ba Lại dò nu chính s ông H ồn g dài 1126 km, trong đó 556 k m cháy trong lãnh thổ nưóc ta ơ ha lưu, s ông H ổ n g có m ột số phân lưu n hư các sông Đ á y, Đ u ô n g Luộc, Trà Lý, Đ ào và Ninh Cơ Sông Đ á y vốn là con sông tự nhiên có cửa Hát M ô n đưa nước từ sõn e Hông cháy vào sông Đáy T ừ sau khi đ ập Đ á y được xây dựn g (vào năm 1937) CƯU song Hat Món bị bôi lap nên sống Đáy dã trớ ihanh con s ô nạ tiẽu nước chI khi lũ sõng Hỏ ng đặc biệt lớn đế đ ảm báo an toàn cho thủ đô Hà Nội và đ ỏ n s hãng SỎHL! Hồng Ngoài ra, các s ông Cà Lổ Ngũ H u y ệ n Khê trước đáy c ũ n e là phán lưu sons: Hổng ớ phía bờ trái n h u n g nay, hai cứa sòng nàv dã bị bói láp nên chi con la sòIiii tiêu nước cho vùn g Vĩn h Phúc và Bãc Ninh

Sòng Đ à và sông Lô cũn g bát n gu ồn từ tính Vân N a m TrunSI Ọuóc Phun Ihương Ill'll năm trong lãnh thọ Trung Q u ố c cứa s ó n s Đ à đitợc tiọi la s ó ne Lý Ticn còn của s ông Ló được ơọi là sông Bàn Long

Dòn g chí nh s ô ng Đ à cháy vào nước ta tại xã Ka Lon tỉ huyện Muờníi Tc tinh Lai Châu, tiếp tục c h á y q u a ihị trấn Mường Tè và các thị xã Lai Chau, Sơn La vu I lòa

lại phía t h ư ợ n s lưu thị xã T uy ê n Qu ang S ô ns G á m dài 297 km diện lích Ill'Ll MIC

17 200 k m : , trong đỏ ph ấn trong lãnh thố nước ta dài 217 k m diện lích Ill'Ll vực

9 78 0 k n r Sông C h ay bát n gu ồn từ sườn phía táy bắc dãy T á y Co n Linh thuộc huyện

Su Phì tinh Hà G i an g, ch áy theo hướng tâv b ắ c - đ ỏ n s n a m đ ến phía dưới Si- Ma- Cao

h uyện Bắc Hà tinh Lào Cai thì c hu yển hướng đ ô n g bắc- tây n am , chay q u a Bao Nhai Rao Yên ròi đổ vào hổ chứa Thác Bà Sau dó phẩn ha lưu s ô n e C ha y đo vào s on e Lo tại Đ o a n Hùn g Sông Ch áy dài 319 km diện tích lưu vực 6 500 k n r trong đỏ có

1920 k n r n am trên lãnh thổ T r un g Quốc

T ổ n g diện tích lưu vực của hệ t hống s ống H ổ n g k h o án g 155 0 0 0 k n r trong

đó chí có 72 7 0 0 k m 2 ( 4 7% diện tích) n ầ m trong lãnh thỗ nước ta Diện tích lưu \ ực sóng H ổ n g tính đến Sơn T â y k ho ản g 143 700 k m 2 trong đó lưu vực s ô n s Đà chiêm 36% s ông Thao: 3 7 , 5% và sóng Lô: 26,5% Tí nh đén Sơn Tây sônu Hỏnii co 615 sõng suối các loại có chiều dài íừ 10 km trớ lẽn trong đó có 57 s õ na n hánh cáp 1

195 sông n h á nh cấp 2 245 sông n há nh cấp 3, 97 sông n h án h cấp 4 18 sons: nhánh cấp 5 và 2 s ó n g n h á nh cấp 6

1.6.2 Đãc điểm đoạn m ạn g sông nghiên cứu

Đoạ n m ạ n g song nghiên cứu được tính lừ các trạm thúy vãn Hoa Bình-Yen Bái-Vụ Q u a n g đến các trạm thúy văn Hà Nội -Thượn g Cát; bao m')in: đoạn son e Đa

từ Hoà Bình đến n gã ba T hao- Đà, đoạn sòng T h a o từ Y ê n Bái đến Việt Tri đoan sông Lô từ Vụ Q u a n g đến Việt Trì đoạn sòng H ổ n g từ Việt Trì đến Hà Nội va đoan sông Đ u ố n g từ ngã ba H ồ n g - Đ u ố n g đến Th ượng Cát (hình 1.2)

Phía t h ư ợ n e lưu trạm Hoà Bình, sông Đ à ch áy theo hướnn t â y -đ ô ne n hư n s từ

I loa Bình dẽn T r u n g Hà do ánh hướne của các ngọn núi rán chăc nhu Ra Vi Yicii Nam Đ ò i Thỏi làm s ô ng Đà đổi hướng, chay theo hướrm nam-bá c Lòn tí sỏne (í đoạn này m ớ rộng rõ rệt ( khoáng 200 m t r o n 2 m ù a can) nên thuận lợi cho iinio thrum thủy Độ dốc lòng sông eiáin nhưng khô ng nhiéu, còn k h o á n a 0.42 %"

Đoạ n s ông T h a o từ Yên Bái đến n e ã ba T h a o - Đ à van tiếp tục chay theo huứni! lây h ắc -đ ôn a n am n h ư n e riêmi đoạn lừ ngã ba T h a o - Đ à đến Việt Trì thì đổi hướnu

đô đáu tién cua sóng Hổng

Từ Vụ Q u a n g đến Việt Trì sau khi nhận th êm nước cua sõníí Ciãm sỏny Lo vần cháy theo hướng tây b ắc- đỏn g nam Trước khi đổ vào Việt Trì s ó n s Lu u m nhàn them một n h á nh bên trái nữa là sồng Phó Đáv L ò n g s ô n e đoan từ Vụ Q u a n u đến Việt Trì mỏ' rộn g tới trên 200 m nên t huyén bè đi lại khá thuận tiện, thác yhẽnh không còn chi xuất hiện các bãi nổi

tục theo hư ớng tây b á c - đ ô n g n am ra tới tận cứa Ba Lạt Dưới thị xã Sơn Táv chừnii

khi có kì lớn đế d a m bao an toàn cho thu đô Hà Nội và đ ó n s b a n e sónii Hóng Tại hác bãi C a m Lò có s ỏ n s Cà Lô nối s ông H ổ n a \'ới s ông c á u n h ư n s h iện đã bị cát hỏi Ví) đò vít kín K h o á n g 8 k m trước khi tói Hà Nội m ộ t ph án lưu nữa lá sõnu Đuonìi

nì l e)56, cứa s ò n g Đ u ô n g được m ớ r ộng \ à s óng Đ u ố n g irớ thánh phán Ill'll LỊLKtn

I r o n u n h á t c u a SÕ1112 H ổ i m

9

H ình 1.2 Sơ đổ đoạn m ạng sò n g n g h iên cứu

LỔ.3 Tình hình nghiên cứu thuỷ ván và các s ố liệu đ ả thu thập

Việc q u a n trắc thuý văn đã được tiến hàn h tại mộ t số đ i ể m trẽn sỏrm Đa nhu Hoà Bình (từ 1902) Lai C h âu (từ 1927 ) ; trên s ông T h a o n hư Yen Bái Tu y cn Ọuaim, Phú T h ọ ; trên sông Ló n hư G h ề n h Gà Vụ Q u a n g T u y nhiên, lại da so các trạm truức dây chí tập trung q u an trắc mực nước Lưu l ư ợ n ” nưức khónti đuuv quan irăc liôn lục và thường chi được tiến h àn h trong giai đ o ạn m ù a lũ

Sau n ă m 1956 việc q uan trác liên tục c h o hê t hố n g các yêu tở ihuv vãn chính như mực nước Ill'll lượng nước, bùn cát, nhiệt độ n ư ớ c được tiến h àn h ớ một su vị trí q u a n trọng; trên s ôn g Đ à n hư H o à Bình T ạ Bú Lai C h á u trẽn sỏ ne T hao như

Yên Bái Phú T h ọ , trẽn sòng Lô n hư G h ẽ n h Gà V ụ Q u a n g và trẽn s ôn c Hỏni: như Sơn Tây H à N ộ i

Cô n g trình thủy điện H o à Binh được khởi c ỏ n e xây d ự n s n gày 6 / X / \ L) l L>: lap

sóng đợt I vào t há n g X I I / 1983; lấp dẫn dòn g thi c ô n g vào tháng 1/1986 và hoàn thành vào thá ng XI I/1994 N ga y từ khi khởi c ô ng xây dựng, c h ế độ thuy vãn cua sóng Đ à dã có nh ững thay đổi nhất định Tu y nhiên, n h ữn g thay đỏi rõ rệt cua đòn tí

cháy nước và d ò n g cháy bùn cát được ghi nhận ké từ thá ng 1/1986 khi lấp dần clnnu

đế thi cô ng và đặc biêt là từ 1988, khi hồ tích nước đê c hạ y tổ m á y số 1 Cĩìnu lừ năm 1988, do vị trí trạm thuý vãn Ho à Bình ỏ q u á gần đ ậ p chính, chê độ đ ò ne chay

tram c hu yể n về phía hạ lưu k ho án g 4,5 k m và m a n g tên mới là Bến Naọc

Bảng 1.3

T h ô n g kè tin h hinh s ố liệu th ủ y văn th ự c đo đã thu th ậ p

Vi trí tram

Thơi kì quan irác

So n;ìm 'IT Tên trạm

Kinh độ Vì đỏ Loại till liệu Uu licu

1

Vu Ọ u a n s

■ 105"17 20 21"30'50"

Ọ p, t" nu ức bình quàn ns,ày i m - 2003

6 Thư ợng Cát 105-52• 2 i ‘04'

Ọ p, t" nơóc bình qu â n 112ày 1986 - 2003 IX

Xuất phát từ tình hình thực tế như vậy toàn bộ so liệu thuy vãn phàn chia thành hai giai đ o ạn đặc trưng là:

Đ ế p h ụ c v ụ đ é t ài n e h i ê n c ứ u , b á o c á o d ã t h u t h ậ p c á c s ố l i ệ u YC doDLi c h u \

nước nhiệt độ nước và lượng n g âm cát c ủa 6 trạm là: H o à Bình Yen Bái Vụ Ọ ua nu Son Tây, H à Nội T h ư ợ n g Cát thò'i kỳ từ sau khi có anh hưứnìi cua ho Hoa Binh (tư nam 1986) Tì nh hình sô liệu đã thu thập đươc t h ô n s kê tronti b a n s 1.3

1.7 Quy trình vận hành và một sỏ thõng sô cơ bàn của hó Hoà binh [5]

1.7.1 Q uy trinh vận hành hổ Hòa Bình

Hồ H ò a Bình được thiết k ế đế có thế cắt được những trận lũ lớn nhu lũ lịch SƯ' tháng VIII n ãm 1971, đ ám bảo cho mực nước H à Nội k h ô n g vượt quá 13,3 m Đê nâng cao hiệu q u á c h ố n g lũ cho hạ du và phát điện, g iả m thiếu mâ u thuần siiữa các ngành d ùn g nước, cần phải có quy trình vận h à nh hợp lý N g à y 12/VI/1997 Bộ trưởng Bộ N ó n g n g h i ệ p và Phát triển nô ng thôn Tr ường ban Phòng chốniỉ lụt bào

Tr ung ương N g u y ễ n C ốn g Tạn đã ký quyết định số 57 P C L B T Ư / Q Đ vé qu y trình vận hành hổ H ò a Bình [7] với một sỏ nội d un g có thế tó m tát n h ư sau:

Điều 6 q uy định 3 thời kỳ vận hành: (1) Thời kỳ lũ sớm lừ 1 5/VI - 15/VII (2 I Thời kỳ lũ chí nh vụ từ 16/VII - 25/VIII, (3) Thời kỳ lũ m u ộ n từ 26/VIII - 15/1X

Đ iéu 7 q u y định khi hồ chứa làm nh iệ m vụ cát lũ cho ha du mực nước tron Lì

hổ từng giai đo ạn cho phép duy trì ở mức tối đa như sau:

/ ) T l i ờ i k ỳ l ũ s ớ m l ừ J 5 / V I - 1 5 Ỉ V I I :

+ ) Từ 1 5/VI - 15/VII: mực nước hồ được điều tiết ớ cao trinh 91 = 2m

+ ) Trước n g ày 25/VI do yêu cầu cắt lũ tiếu mã n đ á m báo khòm: xa xuốnu ha Ill'Ll Ill'Ll lưựng lớn hơn 4 0 0 0 in' /s thi có thê nãn g mứ c nước hổ cao hon nhmiii khoiiLi quá cao trình + 1 0 0 m và phái đua về mức 91 X 2 m trước n gày 1/VII

2) Thời kỳ lũ chí nh vụ từ 16/VII - 2 5 /VIII:

Mực nước hổ được điều tiết ớ cao trình 9 1 + 2 m

j I I hời kỳ lũ niiiộn ỉừ 2(ìi\ I I I - 15/1X:

Tuỳ theo tình hình thời tiết cuối tháng VIII dự báo đáu t h á n e IX v;i kẽì qiui tích nuúc làm nh iệ m vụ cắt lũ của hổ t ro ne thời kv lũ chí nh vụ, Ban chi dạn PCLBTU sẽ trao đối với T ổ n g Cóng ty Đi ện lực Việt N a m và Tổn tỉ cục Khí tưony

Th uý văn đê q u yế t định

1.7.2 M ọt s ố thôn g so co bán cùa cóng trình thủy điện lìũà bình

Mộ t số t h ông số cơ bản cúa c ô n s trình thủv điện H ò a Binh đựơc trình bày trong bang 1.4

B áng 1.4 M ột số th ô n g sô cơ bàn của hố Hòa B inh [8]

1 Nhà máy:

- Kích thước cửa xả đáy m X m 6 X 10

C h ư ơ n g 2

C ơ S Ớ L Ý T H U Y Ế T C Ú A M Ô H Ì N H H E C - 6 [11]

2.1 Giới thiệu mô hình HEC-6

Wi l li am A T h o m a s là người đầu tiên có côn g thiết kế xây dựng và phái I] lên

mỏ hình HEC- 6 Phiên bản đầu tiên là H E C- 6 2.7 được xây d u n e tù nãm 1476 tại Trung tám Kỹ thuật T h ú y văn (Hydr ologic En gi n ee ri ng Cent er - HEC) cua Hoa Kỳ

Từ đó đến nay, T h o m a s và các cộng sự đã liên tục phát t n ế n m ó hình và cho ra đời nhiều phiên bán k h á c c ua m ó hình với sự bổ sun e m ột số tính năng Báo cáo này sư dụng H E C - 6 phiên bản 4.1 cồ ng bô năm 1993 Phiên bán này dã được bổ sunti tính năng m ô ph ỏng tính toán vận c huyển bùn cát trên m ạ n g sóng và c ho các hạt bùn cát

cổ đường kính lớn

2.1.1 M a c đích và nguyén lý của mớ hình

H E C - 6 là m ỏ hình số thúy động lực một chiêu trong l ò n s dẫn hơ có bién động, được thiết k ế để m ỏ p hó ng và d ự báo những biến d ạ ng c ủa trãc diện dọc sone xay ra do xói ho ặc bồi Irong thời đoạn tính toán vừa Số liệu quan trác d ònn cha> lid’ll tục được phân th ành chuồi các dòn g chay ổn định có lưu lượnẹ va thòi tiian đuv trì thay đoi Đ ườ n g mặt nước được tính toán đối với mỏi Ill'Ll lương va tứ đo cho đn dốc năng lương, lốc đỏ đỏ sâu lại mỗi mặt căl nuanii Sail đo sức tai cái đươc tính toán tại mỗi mặ t cát Sức tái cát này kết hợp với thời gian d uy trì dnniỉ chay cho phép tính thê tích bù n cát trong mỗi đoạn sổng Ti êp theo, lượng hỏi hoặc xoi tại mỏi mat cát dược tính toán và mặ t cát n g an g được hiệu chì nh lại Sau đỏ các tính toán này được thực hiện đối với lưu lượng k ế tiếp trong dãy và chu kỳ được lãp lại lừ đau với những t h òn g tin hình học mới nhất Các tính loan bùn cát đưực tiên hanh ihen ùrnt:

thô hoá lòng sõng

2.1.2 K h ả năng ứng dụ n g và các hạn chê của mó hình H E C -6

Mó hình H E C - 6 có thê được ứng d ụn g đế:

thiết k ố m ò p h o n e xu thế bổi xói l òna dẫn t ro na thòi hạn dài do kết qua cua

SU' t h a y đ ổ i c ó t í n h t h ư ờ n g x u y ê n v à c h u k y c ủ a Ill'Ll l ư ợ n 2 h o ặ c d o s ư t h a y đo i

hình d ạn g l òne dẫn

ihiết k ế thu hẹp l òn g dẫn, đáp ứng yêu cáu d u y trì chi êu sáu vận tài thủy

d ự báo ánh h ưứng cua nao vét đen tốc độ hổi l áns

L1'ỚC tính kh a n ã n s xói lớn nhất t ro n s tr ư ờn 2 h ợp 10 lớn và đánh íiiá quá trinhbổi xói trong lòng d ẫn co định

kh ổn g tính được vận c hu yên bùn cát theo phương n gang nén khóntì có kha năng tính xói lớ bờ và m ô phỏ ng sự phát triến c ú a n hững đ o an s ó na con tí.

- 2 »

trong đó: g là gia tóc trọng lực; lic ỉà tổn thài n ăng lượng; Vị v : là tốc đô t run li hình

tại đấu và cuối đ o ạn sông; WS |, W S 2 là các cao trình mặt nước tai đáu vù cuối đoạn sông; 0C|, Gt- là hệ s ố phân bô tốc độ đối với dò ng c há y tại đầu và cuối đoan snniz

" ^ O ư ơ n g đ ỏ d o c r E n g l t Ị é n g -I— - Đ ư ơ n g m â t n ư ơ c I

D on g c h à y t * ■

Đ a y lo n g d ẫ n

H inh 2.1 Các sò hạng của

ph ư ơ n g trin h năng lượng.

2.2.2 Tôn thất thúy lưc

2 2 2 / T ố n tlníỉ (lo m a sát

Tổn thất n ăn g lượng l \ bao e ổm tổn thất do m a sát hj và tổn thất do hình đạn ổh„:

Tron li số hạn a tổn thất do hình dạng, chi xét các tốn thất do co h ẹ p và m ớ rộn II

Đ ể x ấp xi phân phối d ò n s cháy theo p h ư ơ n s n e a n e s ỏ ne được phan chia thành các dái t ư ơ n s tụ' nhau vê tính chất thiiy lực t heo p h ư ơ n s clone chay Mói mặt

15

cắt n g a ng được ch ia n h ỏ thành các tiểu m ậ t cắt Tổ n thất do m a sát được tính theo công thức sau:

h, = Q_

K ,

2.3)với:

( A , + A , ), 1,49

R, + R,

thượng và hạ lưu; NSS là tống số các tiếu mặt cắt của mặt cát n s a n g : K là mô d u n lưu lượng của tiếu mặ t cắt: Lị là chiều dài c ủa dái thứ j giữa các tiếu mặt cát: n là hẹ

sổ nh ám Mann in g: Q là lưu lượng nước; R| và R ; tương line là bán kính thúy lực phía thượng và hạ lưu

2 2 2 2 C ú c toil thái khác

Các tổn thất n ă ng lượng do thu hẹp và m ớ rộ ng được tính bới phươnú trìnhsail đâv:

trong ký hiệu giá trị tuyệt đối là dương thì d ò n s chay là m ứ rộ nu vu Cị la hệ só mo

r õ 11«.

2.2.3 Tính toán các yếu tó thủy lực

Mỗi mặt căt n g a n g được định nghĩa bới các toạ độ ( X Y) n hư thé hiện troniĩ hình 2.2 Đ ế t hu ậ n lợi cho việc ấn định các giá trị n, chi ều dài sòng.,.: mỗi mặt cat ngang được phán c h i a thành các tiểu mặt cắt, thường g ồ m m ột lòng chí nh với các hãi trái và phái

Diện tích, chu vi ướt bán kính thúy lực m ô đu n lưu lượng, hệ sổ phán bò tốc

hình thang n hỏ hơn, được giới ‘hạn bới mặt nước và các đ iế m toa đổ ké 1 ién cua mat cất ngang

Sức tái cát c ủ a d ò n g cháy trong lòng dẫn có mặ t cắt n a a n s kh ôn g phai hình chữ nhật được tính n h ờ sử d u n g độ sâu hiệu quá E F D và độ r ông hiệu qua EFYV lính

từ độ sâu hiệu q uả đế báo toàn A ( D :/:<) cho mặt cắt ngang Đ ộ sâu hiệu q ua dược tinh theo cóng thức :

cháy irung bình của mỏi phán tỏ hlnh thang và i, la t one sổ các phan lí) hình thaiiii trong một tiếu mặt cát (hình 2.3)

Việc lính sức tái cát chi dựa trên các tha m sử thúy lực c ua chi lone dẫn chính nên các yêu tố thúy lực c ũ n g chí được xác định theo tài liệu địa hình eiới han tron" phạm vi của lòng đẫn chính

Tai mồi mặt cát n s a n s H E C -6 kiếm tra các tha m sô thúy lực thích hop de xác

hành theo c hi ên ngược d o n e còn nêu cháy xiêi H E C - 6 xấp XI hình d a n s hình học lòna dần n h ờ độ sâu và độ rộng hiệu q uá và xác dinh cao trình mặi nước dưa trẽn độ sâu c há y xiết t h ô n c thường

Ba bước chí nh đươc sứ du ng đế hội tụ các tính toán thử sai trong khi tính cao trình mặt nước c ủ a m ặ t cắt n gan g thượng lưu Hình 2 4 thê hiện dãy các thư sai liên tiếp đế hội tụ p hương ph áp bậc thang t hông dụng Q u y trình tính toán nhu sau:

* Th ử sai lần 1: Dựa trên cao trình mặ t nước ban đầu

* Th ứ sai lần 2: Giả thiết lượng thav đối bàng 9 0% c ủa AY,

* Th ứ sai lấn 3: Các cao trình cúa bước thử sai lần 1 và 2 đã gia thiết được s h é p nối

cũng được g h é p nối với nhau bằng một đường thắng G i ao điếm c ua hai đườrm thane này trở thành giá trị giả thiết c ủa thử sai lần 3

Q u á trình này tiếp tục cho tới khi các giá trị gia thiết và tính toán cua cao trình mặt nước n ăm trong phạm vi dung sai sai số có thế cho phép Khi đó cao n i n h mật nước tính toán trớ thành nghiêm hôi tụ

Nêu sau 20 lần thứ sai mà sai số vẫn lớn hơn sai số cho phép thì cao trình mật nước tính toán cuối c ù ng được sử dụng

-Dung sai sai sổ cò thế

H inh 2.4 Sự hội tụ của các cao trin h m ặt nước

aiả th iế t và tính toán

2.2.4 Các tham sô thủy lực điển hình sử dung trong các tính toán bùn cát

đoan s ồng trước khi tính sức tái cát Các phương trinh tòn ti q uát dược trinh bày tlưói đây Có thê sửa đổi các trọng số cù ng với các sò liệu đầu vào

dỏ dốc ma sát: U B N , U BỈ là các hệ số đối với biên thượng lưu cua đoạn sóng: Y E L la

trong và thượng lull cửa các diê m bẽn trong

B àng 2.1

đồ tính Báng 2.1 trên trình bày bô hệ số cho tính toán gần n hư ổn định nhát và nho

đó cho phép các bước thời gian dài nhất (sơ đổ l ) và bộ hệ số n hay nhất đói với việc thay đổi c ao trình đáy nhưng lại véu cầu các bước thời gian n a án hơn đe được on

toán cổ thê thay đổi m a n h lừ mặt cắt này đến mãt cắt khác Irons khi cliẻn biến sônìi ihựt lè có thể phụ thuộc \ à o các đặc t runs cua đoạn

2.2.5 Độ nhám thủy lực

Đ ộ n h á m biên c ủa s ôn g bồi tích có q u an hê chặt chẽ với vận c h u y e n bùn cát

bao gổin các ánh hiro'ng c u a tất cá các tổn thát như: tốn thát do độ n h á m hat cua đ á \

đ ộ n g ; tốn that do SƯ cán trớ gây bới c á c hình d ạ n 2 đ áy n hư s ó n a HỢn đụn cái l í n h

k h ổ n g đẽu c u a bờ, thực vật; các tòn thát do thu hẹp hoặc m ơ rộng: các lỏn thát do

k húc s ô n g c o n g và các tổn thất do các chỗ nổi T rừ tổn thất do thu hep va m ớ r ó n V

tất cả các tổn thất kh ác đổu dược bao g ồ m trong th a m số độ n h á m đơn Manniniỉ n

19

2.3 Cơ sở lý thuyết tính tơán bùn cát

2.3.1 Phương trình liên tục của vật liệu bùn cát

2.3.1.1 K h á i n iệ m t h ể tích k h ốn g c h ế

Mỗi mật cắt n g an g m ó tả một thế tích kh ốn g chế Độ rộng c ủa thê tích khóntỉ chê thường b ãn g độ rộn g lòng động và độ sâu cua nó kéo dài từ mặt nước đèn dinh cua đá góc hoặc đ ến điếm k hố n g c h ế địa chất khác n ă m dưới hê mặt đ áy sons Tr on e các diên tích k hô n g có đá gốc, mộ t siới han tuỳ ý (gọi là “ đáy mô hình) được ấn định (hình 2.5) T h ế tích kh ốn g c h ế đối với mật cắt n g an g 2 được mô ta bới các đường đứt nét to Các thể tích khố ng c h ế đối với các mật cắt 1 và 3 được noi với nhau bới mặt cát 2 Phương trình liên tục bùn cát được viết cho thê tích kiêm soát này còn p hương trình n ăn g lượng lại được viết giữa các mặt cãt n ean c

T ố n g lượng bùn cát trên lòng sông được xác dinh h ăne cách xáp XI diện tích giới han trung bình n hư sau:

trong đó: lị, là độ r ộng lòng động: L ư Lứ tương ứng là chiêu dài c úa (.loạn thương và

hạ lưu sử d ụ n g Irong tính toán thể tích k hố ng chế, \ ’SO| thế tích hun cát trong thê tích không c h ế và Kv là đ ộ s â u c u a b ù n c á t t r o n g t hế t í ch k h ô n g chõ

Đôi với mỗi đ ộ sâu D thể tích chất l ỏna trong cột nước là:

Các th am sỏ thiiy lực độ rộng B„ vù độ sáu D sứ d u n g để giai phương trình nàng

lượng được tính b a n s c ác h láv trung bình trẽn k h o a ng k h ô n g gian n hư nhau

Các th a m số thúy lực cấp phối vặt liệu đáy và sức tai cát lính toán đirơc gia thicí là đ ổ n e nhát trong ihẽ tích kh ủn g chẽ L.irnìiy hun cát cha_\ vào đưiíL gia ihici la

xáo trộn đều với b ù n cát hiện có trong thể tích k h ố n g c h ế và sư k h uế ch tán cua tất ca các lớp kích thước hạt đươc xem n hư xáy ra ngay lập tức.

Sõng trao đổi hùn cát với các biên cùa nó theo cá hai chiêu t hã n s đứ n° cũ na như năm n g an g và thay đối hình dạng c ua nó băng c ác h hình thành các lòne dẫn các

đê tư nhiên, các khúc cong, các đáo và các hình d ạ ng khác trên mặ t bãntỉ T u \ nhien

H EC- 6 chi m ó hình hoá được sự trao đổi bùn cát c ù ng sự thay đói 1ÒI12 s on e iheo

H E C -6 tính đên hai nguồn bùn cát: bùn cát tr one nước chay vào \ à hùn cat long sông Lượng bùn cát cháy vào là điêu kiện biên và được m o ta L'Cmii với sô liệu đầu vào Thê tích k h ố n g c h ế bùn cát lòng sông c u ng cấp thành phán bẽ phót nụuòn

và cũng được m ỏ tả tr ong số liệu đầu vào

Lý thuyết vận c h u y ể n cát và các kích thước lớn hơn liên kết quan đến suất vặn chuyển c ù ng với cấp phối hạt bùn cát trên bề mặ t lòng sông và thúy lực dòng cháy Các tính toán hoá thó yêu cầu cấp phối hạt vật liêu bén dưới bé mặt lònu Nona Độ sáu cưa đá góc hoặc cua mộ t sổ vật liệu khác có the nuãn ngừa suy thoái cũ n e phai

cách tính toán tách riêng cấp phối hạt hê mặt lòng sông và dưới mặt lòn tỉ Sony

Các toa độ được nối bới các đường liên nét t ron a hình 2.6 xác định hình đ a n e

lượn ti bùn cát c h á y vào và khá n ã n a vận c huy ến c ua đ oạn sònn được biên thanh the tích xói Nêu c ao trình đáy m ó hình k h ỏ n s được xác đinh trong các diêu kiện ban dầu thì giá trị m ạ c đinh b a n s 10 ft sẽ được sư d ụ n s sau đó trư thành đó sâu cực dại

đê xói hiện có của vật liệu lòng sông

2.3.1.2 Plìiùniii trình liên lục của bùn cát

Phươnn trình liên tục cua vật liệu bùn cát ( phương trình I : \ n e n la co SO' đc mó phong c h u y ê n d ỏ n g t heo ph ương i hã ne đứng c ua lòng sõng:

L ò n g d ẳ n

-CC

o

rao

K hoả ng cách

H in h 2.6 Vật liệu bùn cát tro n g đáy sông

21

trong đó: ổ c, là độ rộn g lòng động, t là thời gian G là lun lượng bùn cát (iV/s) trung bình trong hước thời gian At X l à k h o ản g cách dọc theo lòng dẫn và ì \ là đỏ sâu bùn

cát tại các mặ t cắt n g a ng thượng và hạ lưu; L u L, tưng ứng la chiếu dai cua các đoạn sóng thượng và hạ lưu giữa các mật cát ngang; Y Y’ tư ơne ứnc là độ sâu của huncát trước và sau bước thời gian tại điếm P; 0.5 là “ hệ số hình d ạ n a thê tích” cân đối chiều dài các đ o ạ n s ông phía thượng và hạ lưu và At là bước thời Sỉian tính toán

Hmh 2 7 Lưỡi tính toán

Đ ô sâu vật liệu đ áy ban đấu tại điế m p định n gh ĩa 2Ĩá trị ban đáu cua YLưu lượng bùn cát G u là t on e lượng bùn cát theo kích thước hạt vào the tích kiếm soát từ thể tích k iể m soát phía thượng lưu Đối với đ oạn s õng xa nhất phía thương

Bùn cát rời khỏi thó tích kiêm soát G trớ thành G u đối với thó tích kiêm soát tiép theo phía hạ lưu

Lưu lượng bùn cát Gj được tính b a n s cách x em xét k ha n ă n e vận chuyên tại

đ iểm p, d ò n e bùn cát vào vật liệu hiện có trẽn l ò n e s ô n s và sư hoá thỏ Sư khác

tính t dá n " trẽn hình (2.7 I và được biên đổi thành sư thay đổi cùa cao trình đ á \ nh ơ SƯ dụng phương trình (2.20)

Khá n ãn u vận c h u y ế n c ủa mỏi kích thước hạt được tính toán đối Ml] các dicu kiện thủv lực tại đáu thời đ o ạn và k hô n g được tính lại Irons: thòi đoan nay Bin váy

thời đoạn k h ỏ n g ảnh hướng đ á ng kể đến khả n ă ng vận c hu y ê n tại cuối thời đoan Bước thời gian điên hình dối với các lưu lương lớn là phần cùa ng ày còn đối với dònn cháy kiệt là vài ng ày hoặc thậ m chí vài tháng vẫn có thò thoa mãn Ván đẽ quan trọng cần đánh giá là tống thay đối cao trình đáy có thẽ được chấp nhận tron£ moi bước thời gian N ó phải k hông vươt quá lượng thav đối đáy cho phép i r o n s một thòi

được tính lại trong thời đoạn vì tổng lượng; vật liệu vận c h u v ế n rất nh ay đối với cấp phổi hạt vật liệu đáy

2.3.1.4 Tính toán lại cấp p h ố i hạt vật liệu dá x

H E C - 6 giái phương trình Ex n er đối với SU' liên tục cùa bùn cát Nêu kha rũuiii vận c hu y ể n lớn hơn lượng bùn cát vào thê tích k iém soát, bùn cát hiện có được di chuyến từ đáy đế t hoá m ã n lính liên tục Vì kha n ã n e vận c hu yế n đối với một kích thước đã cho phu thuộc vào phán kích thước hat trẽn đáy nên cán thưòìm xiivên tính lại các phán kích thước hiện có do bùn cát trao đổi với đáy Vẽ mặt lý luận, so các lượng gia trao đổi SPI trong một bước thời gian có q uan hê với chiêu dài bước thòi gian At với tốc độ trong một đoạn sông V và chiều dài đ oan sônti L hơi:

Thường thường, lượng gia trao đối có thế nhó hơn aiá trị này mù k h ô n c phát sinh các vấn đế s ố đán í! kê SPI han đáu phái được đạt bằni! 0 và một sự kiện ihuy văn cực đoan đưực m ỏ phỏng Đây phái là trường hợp ổn dinh nhất Sail dó bãt dâu lừ

SPI = 5 0 h o ặ c l ớ n h o n g i á trị S P I p h á i ui á m t h e o l i r ợi m ííia c u a lt) c h o d ẽ n k h i c ú c

kết quá trớ nên khác đ á n g kể các kết quá với SPI = 0 Sử sụn a SPI nho nhất lie cho một lời giai sát với SFI = 0

2.3.2 Xác định các lớp hoạt dóng và không hoạt dông.

H i iC - 6 su d u n u khái niệm lớp hoạt d o n e và khỏim hoat đ ộ n ” Lớp huại dnnti được gia thiết được x áo trộn liên tục với dòng chav n h ư n e có thế có mọt bé mặt các hat c hu yến đ ộ n g c h ậ m báo vệ các hạt mịn hơn khỏi bị cu ốn trôi vào cỉònn chay Hai quá trình k há c nh au được m ỏ phỏng: (1) xáo trộn xảy ra giữa các hat hùn cát lònti sòng và hồn h ợ p chất l ỏ n s - b ù n cát do năng lượng trong chất lóng c hu y ên độníi va (2) xáo trôn xáy ra giữa lớp hoại d ộ n s và lớp k h ô n e hoạt đ ộ n 2 do c hu y ế n đợnti cua he­

rn ặt lòng sòng Các cơ c h ế xáo trộn được quy vào sự rỏi dó n g quy mỏ lớn và ứnii suất tiếp đ áy do nước c h u y ế n động Chiêu sâu xáo trộn (aọi la "ch iêu sáu cán bũmi” ) đirực biếu diễn bàng m ột h àm của cường độ d ò n ° chay (kru l ượ n” đưn vị), dỏ dốc năng lượng và kích thước hạt

2 3 2 Ì C h i ê u sáu câ n băníỊ

Đ i é u k i ệ n t h ủ y l ự c n ã n g l ư ợ n a c u e t i ê n m à lại đ ó v ừ a till c h o m ộ t k í c h thưtVc

h ạ t r i ê n g h i ệ t k h ô n g c h u y ế n đ ộ n g t r ò n b ẽ m ặ t l ò n n s ó n t : d ư ợ c l í n h h ã n g c á c h kCi h o p

tirơnẹ ứns các phươnc trình M anning Stricklcr \ ’à Einstein:

trong đó: d là đườn g kính hat; D là độ sâu đ ò n e nước; V là tốc độ d ò n e nước: p là

khỏi lượng riêng c ủ a bùn cát; p, là khối lượng riêng cứa nước: y\i là arờiiii J ộ vận

chuyển trong h àm bùn cát đáy của Einstein, có qu an hc với số nạh ị ch đao cua tham

số Shield và s, là đ ộ dóc m a sát

Két hợp ph ương trình này với các phương trình M a n n i n g và Strickler iron.n dó R dã đưọc thay thố bới D và n h ân tóc độ với độ sáu đế sẽ thu đưưc lưu lượng dơn vị:

trong đó Dc là c hi ểu sâu d òn g nước cực tiếu đối với vận c h u y ế n bùn cát khỏim đánL!

2.3.3 S ư thay đổi cao trình đáy

2 3 3 1 Lons’ d i m tĩúx d o n ”

Khi xói h oặc bồi xảy ra trong mộ t bước thời sian H E C - 6 điếu chinh các cao

phan l òne sõnti chí được c h u y ê n đ ộ n ẹ theo ph ư ơn s t h á n s đ ứ n s nốLt nó ư tnuiii pham

vận c h u y ế n và ơ dưới mặt nước Một khi các giới hạn xói hoặc hôi được xác định,

kiểm soát đế nhận được sự thay đổi cao trình đáy Sau đó các thanh phán i hă ne đứnu của toan độ mặt cãt n e a n e trong phạm vi các eiói hạn xói hoặc hỏi n à \ dil'o'L diéu chinh n hư the hiện trong hình (2.8) và (2.9)

2.3.3.2 L ò nạ (III II đ á y rứiìiỊ

Đ i éu kiện đ ặc biệt c ùa một lòng dãn đay círne có thế clirợc xấp XI hãni! L'ách

(2.2?)

hiện b ăn g c ác h định rõ đ áy m ô hình E M B nhó hưn m ột lượng nh o so với cao trình

đ iếm sâu nhất ban đầu K h ô n g có bùn cát đ ón g g óp vào d o n e cháy bùn cát tại mặt cắt ngang

2.3.4 T rong lượng bổi lắng đơn vị

2 3 4 1 TrọiiíỊ -lượniỊ đơn vị ba n đuìt

T r ọ n g lượng đơn vị là trọng lượng của mỗi đơn vị thê tích chai bôi lane biéu diễn bâng trọng lượng khô

25

trong đó: B !à hệ số có két đối với hùn hoặc sét, T là thời eian tích I LI V troniỉ các nam

T r o ng lượng đơn vị c ố kêi irung binh qua k ho án g thời aian T yêu câu lích hop qua thòi iíian T r ọ ng lượng đơn vị nàv được tính n hờ sứ du nu quan hẹ do Muller (1953) phát t n c n sail đây:

Các lóp kích thước hạt được ấn định i r o n s H E C - 6 theo hệ t h ốn e phán chia cua Hội Địa lý Mỹ ( A G U ) nhu' t r o n s b á n s 2.2 sau:

Bang 2.2 Phân loại bùn cát theo kích thước hạt

dụng thì hệ sỏ hình d ạ n g thực phai được sư dụng.

T r ọ n g lực r iê ne c ủ a mộ t hạt bị chi phối hơi th à nh phấn k ho án g c ua nó Trong các hệ t h òng s ò ng tụ' nhiên, vật liêu đáy c hi ếm ưu t h ế là thạ ch anh có trọng lực rióng bãnti 2,65 H E C - 6 sử d ụ n g 2.65 như một mặ c định: tuy nhiên, các tỉiá trị tronư lực rièng c ủa cát bìm và sét có thê được vào

Hai kỹ thuật để tính độ thô thúy lực c ủa hạt có thế SU' d u n g trong HEC-6 Kỹ thuật thứ nhất dựa trên độ thô thúy lực xác định bơi Toffaleti (19 66 ) \'à tương tự với phương pháp R u b e y ( V an on i (1975) Phương p háp này gia thiết hệ số hình dạng bàng 0.9 Kỹ thuật thứ hai đưa vào xem xút hệ số hình d an g cu a hat d ùn g quy trinh

m ô la trong ICVVR ( 19 57 ) vù được m ỏ ta chi tiết bơi Wi l li am í 1980) Phương pháp thứ hai được m ặ c định

27

Khi ứng suất tiếp đáy tãng, xói hạt c h u y ể n th àn h xói khói và tốc dỏ xói tăn tí

dã dò nehị sứ d ụ n g mộ t "thời man xói đặc t r i m s ” T Với mộ t thời đ oan tính toán At.phương trình xói khối tro thành:

dưới các đ iều kiện xói HEC-óTciểm soát q uá trình này b ằng các h ki ế m tra ty lẽ phân trãm cúa sét trong đáy N ế u tý lệ này trên 10% thì tốc độ c u ốn trói sét hạn chê tỏc đỏ cuốn trôi hùn cát và sỏi c ũ ng n hư ngãn ngừa xói bùn, cát và soi trước khi xói sét cho

dù ứng suất tiếp đáy đủ đế xói các hạt nàv nhưng k h ô n g đu đê xói sét dính

Vì khái n iệ m “ n ồ n g đó cán b à n g ” c ủa Einstein được sứ d ụ n s đối với chái tai khô ng dính nên k h ô n g có sự c h ế ngư th em nào được yêu cáu đế niái hạn nontz đo cát

và sỏi Tu y nhiên, khi bùn cát dính được bao g ồ m thì sẽ k h ô n s có n o n e đỏ cân hãnti HEC- 6 giá thiết r ằn g xói và cuốn trôi các hạt m ị n bị han c h ế bơi một " n ò n e độ dims: cháy bùn cực đ ạ i ” N ồ n g độ dòng cháy bùn cực đai sư dụnsỉ bới H E C - 6 là 800 000

50 0 0 0 p pm, sự phán tác dụ ng tăng lên và một lời nhăn sẽ được in ra nói rõ t one sô lán các n ón g đ ó cao đã được phát hiện ra Khi nò n g độ Yươt quá 800 0 00 ppm mỏi nóng độ kích thước hạt được giam di mót cách tương line đé nònsd do tone cộntí la

h àm kết hợp c u a Toffalcli và Meyer -P et er và Muller,

(1 96 2) dối vó'i bồi bùn cát dính do Ariathurai và Kr one ( 197 6) sứa đối

- q u an hệ L a u r s e n (Copel and và T h om a s 1989) do Copelancỉ (1990) sưa đối

2.4 Các yêu cáu vé sỏ liệu đáu vào

Các số liệu dầu vào được phàn thành các n h ó m số liệu hình hoc bùn cat th u\ văn và các lệnh đặc biệl

2.4.1 N h ó m sô liệu hình học

I ) C á c m ă l c á t I i i i a n g ( c á c b a n iilii X 1 X 3 CìR ).

29

2) Các giá trị hệ s ố n h á m M a n n i n g n, các hệ số tổn thất do co hẹp hay m ớ ròng (các bán ghi NC, N V, $ K L , $KI).

3) Các giới han đ áv độ n g (các bán ghi H HD)

4) N ao vét (các bán ghi H, H D , $ D R E D G E $ N O D R E D G E )

5) Diện tích d ò n g c h ả y kh ô ng hiệu q u ả (bản ghi X3)

6) Các giới hạn vận c h u y ế n (bán ghi XL)

2.4.2 N hóm sô liệu bùn cát

]) Các đặc trưng cửa bùn cát (các bản ghi II 12 13 14)

2} Lưu lượng và thành phần hat của bùn cát chãv vào (các bản chi LQ LT LF)

3) T hà n h phan hạt cửa vật liệu bùn cát trẽn đáy sõnti ( ban d l l PF)

a) Các điều kiện biên t hượna lưu:

- Lưu lượng và nhiệt độ nước (các ban ghi Q T )

- Lưu lượng b ùn cát (các bản ghi LQ, LT LF)

hì Các điếu kiên biên hạ Ill'Ll (các ban ghi SRATINCi RC R S).

c ) Các điều kiện nội biên (các bản ghi QT X5 R )

2.5 Kiểm soát đầu ra

H E C - 6 c h o phép neirời sử dụ ng có thè lựa ch on các m ứ c thõ ng Ún dâu ra vó các n h ó m sỏ liệu hình học bùn cát thúy văn với mức độ chi tiết khác nhau Các mức dấu ra này được t ó m tát tron ạ b ản g 2.3 dưới đày

B à n g 2.3 Tóm tắt các mức đầu ra của m ô hình HEC-6

thời đoạn dòng chảy, các tham sỗ thủv lực thòns thường cho mỏi mặt cắt ngang

qua các lie’ll mặt cát

tại lừng mặt cắt ngang

mat nước, cao trình đườns sâu nhất Ill'll lượn tỉ bùn cát ra klioi mo hình

hạt cua bùn CÚI đáy

lai các số liêu đơn gián (mức A) đến mức mò ta chi nét các thong

Cột 8

bủn ghi Q

lựa chọn SPRT

í

$VOL

Cót 8

mặt cắt ngang đối với mỗi lớp kích thước bùn cát

dụng cùng với bản ghi SVOL