Luận văn integrated water resources planning using weap model in the cau river basin

LỜI CẢM ƠNTrong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Nghiên cứu chế độ thủy văn, thủy lực khu vực ngã ba sông Quảng Huế, tỉnh Quảng Nam phục vụ thiết kế giải pháp kè bảo vệ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN THỊ MẾN

NGÃ BA SÔNG QUẢNG HUẾ, TỈNH QUẢNG NAM PHỤC VỤ

Xu ■ t phát t ■ ý t ng t ■ o c ■ ng ng ki ■ m ti ■ n online b ■ ng tài li ■ u hi ■ u qu ■ nh ■ t, uy tín cao nh ■ t Mong mu ■ n mang l ■ i cho c ■ ng ng xã h ■ i m ■ t ngu ■ n tài nguyên tri th ■ c quý báu, phong phú, ■ a d ■ ng, giàu giá tr ■ ■■ ng th ■ i mong mu ■ n t ■ i ■ u ki ■ n cho cho các users có thêm thu nh ■ p Chính vì v ■ y 123doc.net ra ■■ ■ m ■ áp ■ ng nhu c ■ u chia s ■ tài li ■ u ch ■■■ ng và ki ■ m ti ■ n online.

Sau h ■ n m ■ t n ■ m ra ■■ i, 123doc ■ ã t ■ ng b ■■ c kh ■ ng nh v ■ trí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Tính ■■ n th ■ i ■ m tháng 5/2014; 123doc v ■■ ■ c 100.000 l ■■ t truy c ■ p m ■ i ngày, s ■ u 2.000.000 thành viên ■■ ng ký, l ■ t vào top 200 các website ph ■ bi ■ n nh ■ i Vi ■ t Nam, t ■ tìm ki ■ m thu ■ c top 3 Google Nh ■■■■ c danh hi ■ u do c ■ ng ng bình ch ■ n là website ki ■ m ti ■ n online hi ■ u qu ■ và uy tín nh ■ Nhi ■ u event thú v ■ , event ki ■ m ti ■ n thi ■ t th ■ c 123doc luôn luôn t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p online cho t ■ t c ■ các thành viên c ■ a website.

123doc s ■ u m ■ t kho th ■ vi ■ n kh ■ ng l ■ i h ■ n 2.000.000 tài li ■ t c ■ nh v ■ c: tài chính tín d ■ ng, công ngh ■ thông tin, ngo ■ i ng ■ , Khách hàng có th ■ dàng tra c ■ u tài li ■ u m ■ t cách chính xác, nhanh chóng.

Mang l ■ i tr ■ nghi ■ m m ■ i m ■ cho ng ■■ i dùng, công ngh ■ hi ■ n th ■ hi ■ ■■ ■ n online không khác gì so v ■ i b ■ n g ■ c B ■ n có th ■ phóng to, thu nh ■ tùy ý.

Luôn h ■■ ng t ■ i là website d ■ ■■ u chia s ■ và mua bán tài li ■ u hàng ■■ u Vi ■ t Nam Tác phong chuyên nghi ■ p, hoàn h ■ o, cao tính trách nhi ■ m ■ ng ng ■■ i dùng M ■ c tiêu hàng ■■ ■ a 123doc.net tr ■ thành th ■ vi ■ n tài li ■ u online l ■ n nh ■ t Vi ■ t Nam, cung c ■ p nh ■ ng tài li ■■■ c không th ■ tìm th ■ y trên th ■ ■■ ng ngo ■ i tr ■ 123doc.net

123doc cam k ■ t s ■ mang l ■ i nh ■ ng quy ■ n l ■ t nh ■ t cho ng ■■ i dùng Khi khách hàng tr ■ thành thành viên c ■ a 123doc và n ■ p ti ■ n vào tài kho ■ n c ■ a 123doc, b ■ n s ■ ■■■ c h ng nh ■ ng quy ■ n l ■ i sau n ■ p ti ■ n trên website

Th ■ a thu ■ n s ■ ng 1 CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.

Sau khi nh ■ n xác nh ■ n t ■ ■■ ng h ■ th ■ ng s ■ chuy ■ n sang ph ■ n thông tin xác minh tài kho ■ n email b ■ ■■ ng ký v ■ i 123doc.netLink xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào link 123doc ■ ã g ■ i

Th ■ a thu ■ n s ■ ng 1 CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.net! Chúng tôi cung c ■ p D ■ ch V ■ (nh ■ ■■■ c mô t ■■■ i ây) cho b ■ n, tùy thu ■ c vào các “ ■ i ■ u Kho ■ n Th ■ a Thu ■ n v ■ ng D ■ ch V ■ ” sau ■ ây (sau ■ ây ■■■ c g ■ t T ■ ng th ■ i ■ m, chúng tôi có th ■ p nh ■ KTTSDDV theo quy ■ t

ut phát t ■ ý t ng t ■ o c ■ ng ng ki ■ m ti ■ n online b ■ ng tài li ■ u hi ■ u qu ■ nh ■ t, uy tín cao nh ■ t Mong mu ■ n mang l ■ i cho c ■ ng ng xã h ■ i m ■ t ngu ■ n tài nguyên tri th ■ c quý báu, phong phú, ■ a d ■ ng, giàu giá tr ■ ■■ ng th ■ i mong mu ■ n t ■ i ■ u ki ■ n cho cho các users có thêm thu nh ■ p Chính vì v ■ y 123doc.net ra ■■ ■ m ■ áp ■ ng nhu c ■ u chia s ■ tài li ■ u ch ■■■ ng và ki ■ m ti ■ n online.

Sau h ■ n m ■ t n ■ m ra ■■ i, 123doc ■ ã t ■ ng b ■■ c kh ■ ng nh v ■ trí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Tính ■■ n th ■ i ■ m tháng 5/2014; 123doc v ■■ ■ c 100.000 l ■■ t truy c ■ p m ■ i ngày, s ■ u 2.000.000 thành viên ■■ ng ký, l ■ t vào top 200 các website ph ■ bi ■ n nh ■ i Vi ■ t Nam, t ■ tìm ki ■ m thu ■ c top 3 Google Nh ■■■■ c danh hi ■ u do c ■ ng ng bình ch ■ n là website ki ■ m ti ■ n online hi ■ u qu ■ và uy tín nh ■

Nhi ■ u event thú v ■ , event ki ■ m ti ■ n thi ■ t th ■ c 123doc luôn luôn t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p online cho t ■ t c ■ các thành viên c ■ a website.

dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Nghiên cứu chế

độ thủy văn, thủy lực khu vực ngã ba sông Quảng Huế, tỉnh Quảng Nam

phục vụ thiết kế giải pháp kè bảo vệ bờ”, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn

và giúp đỡ tận tình, chu đáo của các thầy cô giáo trong khoa Công trình và

khoa Kỹ thuật biển – Trường Đại học Thủy lợi cũng như sự giúp đỡ của Viện

Quy hoạch Thủy lợi – Tổng cục Thủy lợi, Công ty Tư vấn và Chuyển giao công

nghệ - Trường Đại học Thủy lợi, các chuyên gia và đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, đặc

biệt là thầy giáo PGS,TS Nguyễn Phương Mậu; PGS,TS Vũ Minh Cát người

đã dành nhiều thời gian, công sức, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn giúp tác giả có

được kiến thức để hoàn thành bản luận văn này

Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế

nên Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được

những ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành

Xin trân trọng cảm ơn!

Trang 3

Tôi xin cam kết rằng nội dung của bản luận văn này chưa được nộp cho bất

kỳ một chương trình cấp bằng cao học nào cũng như bất kỳ một chương trình đào

tạo cấp bằng nào khác

Tôi cũng xin cam kết các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung

thực và chưa được ai công bố trong tất cả các công trình nào trước đây Tất cả các

trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc

Trang 4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục đích của đề tài 3

III Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu 4

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng 4

2 Phương pháp 4

3 Công cụ sử dụng 4

IV Kết quả đạt được 4

V Nội dung luận văn: 5

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH VÙNG NGHIÊN CỨU 6

1.1 TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 6

1.2 TÌNH HÌNH NGUỒN NƯỚC SÔNG VU GIA – THU BỒN, DIỄN BIẾN DÒNG CHẢY, CHẾ ĐỘ CHUYỂN NƯỚC CỦA NHÁNH QUẢNG HUẾ NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY 10

1.2.1 Dòng chảy năm 10

1.2.2 Dòng chảy lũ, kiệt 11

1.2.3 Chế độ chuyển nước của nhánh Quảng Huế trong những năm gần đây 14

1.3 HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH TRÊN NHÁNH QUẢNG HUẾ 15

1.4 TÌNH HÌNH NGẬP LỤT VÙNG ẢNH HƯỞNG LŨ 18

1.5 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CẦN GIẢI QUYẾT 20

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN, THỦY LỰC PHỤC VỤ THIẾT KẾ 22

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE 11 22

2.1.1 Tổng quan mô hình MIKE 11 22

2.1.2 Các ứng dụng mô hình MIKE 11 22

2.1.3 Ứng dụng mô hình MIKE11 tại Việt Nam 23

2.2 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 25

Trang 5

2.2.3 Phương trình tải khuếch tán 29

2.3 SỐ LIỆU DẦU VÀO, CÁC BIÊN MÔ HÌNH 30

2.3.1 Tài liệu địa hình 32

2.3.2 Tài liệu khí tượng, thuỷ hải văn 33

2.3.3 Biên tính toán 33

2.3.4 Trạm kiểm tra 34

2.3.5 Thiết lập mô hình 35

2.4 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH 39

2.4.1 Hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực 39

2.4.2 Kiểm định mô hình 41

2.5 XÂY DỰNG TẬP KỊCH BẢN TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỦY VĂN, THỦY LỰC KHU VỰC NC 42

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 49

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH 50

KÈ BỜ HỮU THƯỢNG CẦU QUẢNG HUẾ 50

TỪ K0+782,4 ĐẾN K1+442,7 50

3.1 Lý lịch công trình 50

3.2 Các thông số kỹ thuật của công trình 50

3.2.1 Xác định cao trình đỉnh kè 51

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế thân kè: 54

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế chân kè 55

3.3 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MÁI KÈ 59

3.3.1 Chỉ tiêu thiết kế: 59

3.3.2 Trường hợp tính toán 60

3.3.3 Mặt cắt tính toán 60

3.3.4 Phương pháp tính toán 60

3.3.5 Kết quả tính toán 62

Trang 6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

1 Các kết quả đạt được của luận văn 68

2 Một số vấn đề tồn tại 70

3 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Trang 7

Bộ Nông nghiệp & PTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Lưu lượng bình quân tháng Nông Sơn và Thành Mỹ 10

Bảng 1.2: Các thông số thống kê dòng chảy tháng và năm 11

Bảng 1.3: Thời gian và tốc độ truyền lũ trên các đoạn sông 12

Bảng 1.4: Lưu lượng trung bình lũ thiết kế 13

Bảng 1.5: Lưu lượng trung bình kiệt thiết kế 13

Bảng 1.6: Lưu tốc ứng với các tần suất tại tuyến ngã ba Quảng Hế cũ – mới 13

Bảng 1.7: Thống kê thiệt hại do ngập lũ môt số năm gần đây vùng hạ lưu 18

Bảng 2.1: Tổng hợp kết quả chạy và kiểm định mô hình 41

Bảng 2.2: Thống kê chênh lệch mực nước 2 sông từ 1995 đến 2006 42

Bảng 2.3: Chênh lệch mực nước theo tần suất thiết kế (∆H = HAN – HGT) 44

Bảng 2.4: Độ dốc mặt nước ứng với tần suất thiết kế 44

Bảng 2.5: Độ dốc mặt nước ứng với tần suất thiết kế các năm 44

Bảng 3.1: Độ dốc mặt nước nhánh Vu Gia đoạn Hội Khách - Ái Nghĩa 53

Bảng 3.2: Các thông số và kết quả tính toán cũ và kết quả nghiên cứu 56

Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cơ lý đất nền sử dụng trong tính toán 59

Bảng 3.5: Kết quả tính toán ổn định mái kè 62

Trang 9

Hình 1.1 Vị trí tuyến kè bờ hữu sông Quảng Huế 6

Hình 1.2: Hệ thống sông ngòi lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bồn 7

Hình 1.3: Đoạn sông nghiên cứu 10

Hình 1.4 Lũ sông Vu Gia phá bờ tạo dòng Quảng Huế mới trong năm 2001 14

Hình 1.5: Bờ hữu sông thượng lưu cầu Quảng Huế dài 660 m có nguy cơ sạt lở đe dọa tới cơ sở hạ tầng và tính mạng nhân dân xã Đại Cường sau mùa lũ năm 2007 17 Hình 1.6: Kè mỏ hàn trên sông Vu Gia, trước cửa Quảng Huế mới (11/01/2011) 17

Hình 1.7: Kè chắn sóng trên sông Vu Gia, trước cửa Quảng Huế mới 17

Hình 1.8: HL đập thứ nhất và TL đập thứ hai chặn dòng đoạn Quảng Huế mới 17

Hình 1.9: Đoạn Quảng Huế cũ sau khi được nạo vét, khơi dòng 17

Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quy luật dòng chảy trong sông 25

Hình 2.2: Sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm trung tâm 27

Hình 2.3: Sơ đồ khối tính toán thuỷ lực MIKE11 31

Hình 2.4: Sơ đồ thuỷ lực hệ thống tính toán 32

Hình 2.5: Thiết lập mạng sông (*.NWK11) 35

Hình 2.6: Thiết lập dữ liệu địa hình (*.XNS11) 36

Hình 2.7: Thiết lập điều kiện biên (*.BND11) 37

Hình 2.8: Thiết lập File thông số của mô hình (*.HD11) 38

Hình 2.9: Thiết lập file mô phỏng (*.sim11) 39

Hình 2.10: Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 41

Hình 2.11: MN cá c trạm Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Giao Thuỷ và Câu Lâu 41

Hình 2.12: Các vị trí xác định lưu lượng và lưu tốc 46

Hình 2.13: MN các trạm Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Giao Thuỷ và Câu Lâu 46

Hình 2.14: Lưu lượng mô phỏng khu vực công trình 47

Hình 2.15: Lưu tốc 5 mặt cắt trên Sông Quảng Huế 47

Hình 3.1: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C40 TH1 62

Trang 10

Hình 3.4: Tính toán Kminmin và cun g trượt mặt cắt C55 TH1 63

Hình 3.6: Đường bão hòa mặt cắt C40 TH2 64

Hình 3.15: Tính toán Kmi nmin và cung trượt mặt cắt C57 TH2 67

Trang 11

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn là một hệ thống sông lớn ở vùng

Duyên Hải Trung Trung Bộ Sông bắt nguồn từ địa bàn tỉnh Kon Tum chảy

qua tỉnh Quảng Nam, Thành phố Đà Nẵng đổ ra biển Đông ở hai Cửa Đại và

Tọa độ địa lí như sau:

Có ranh giới lưu vực:

+ Phía Bắc giáp lưu vực sông Cu Đê

+ Phía Nam giáp lưu vực sông Trà Bồng và Sê San

+ Phía Tây giáp Lào

Hệ thống gồm 2 sông chính Vũ Gia ở phía Bắc và Thu Bồn ở phía

Nam Hai sông có liên hệ thuỷ lực qua khu vực sông Quảng Huế, nơi dòng

chảy tập trung trong lòng dẫn về mùa kiệt và chảy tràn qua bãi từ sông Vũ

Gia sang sông Thu Bồn vào mùa lũ

Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, xã hội

của miền Trung nói chung, tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng nói riêng

Mưa trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn được phân bố theo hai mùa rõ rệt

theo thời gian là mùa mưa nhiều và mùa mưa ít Lượng mưa trong mùa mưa

nhiều chiếm 65 ÷ 80% tổng lượng mưa năm Thời kỳ mưa lớn nhất thường

tập trung vào tháng X và XI, chiếm tới 40 ÷ 50% lượng mưa cả năm Có

những năm lượng mưa trong một ngày đêm lên tới trên 600mm/ngày Lượng

mưa ngày đêm lớn nhất đã quan trắc được:

Trang 12

Theo không gian lượng mưa vùng nghiên cứu thuộc vùng núi thấp và

đồng bằng ven biển lượng mưa từ 2.000 ÷ 2.500 mm

Do chế độ thuỷ văn không đồng nhất với mùa lũ ngắn 4 tháng từ tháng

IX đến tháng XII và tổng lượng dòng chảy trên 80% cả năm làm khu vực ngã

ba Quảng Huế thường xuyên nước tràn bờ, xói bãi tạo lòng mới Khi mùa kiệt

đến, nếu để tự nhiên thì nước sông Vũ Gia chuyển hết sang Thu Bồn gây tình

trạng thiếu nước, xâm nhập mặn nghiêm trọng cho các huyện phía bắc tỉnh và

thành phố Đà Nẵng

Ở khu vực cửa vào của đồng bằng duyên hải, nằm trong phạm vi hai xã

Đại Cường, Đại An của huyện Đại Lộc, sông Vu Gia và sông Thu Bồn được

nối với nhau bằng sông Quảng Huế, với chiều dài uốn khúc khoảng 8km

Quảng Huế là nhánh sông quyết định rất lớn đến chế độ dòng chảy giữa hai

sông Vu Gia, Thu Bồn Hệ thống Vu Gia và các nhánh ở hạ lưu cung cấp

nước tưới và sinh hoạt cho khu vực kinh tế và dân rộng lớn bao gồm khoảng

10.000 ha đất canh tác và hơn 1.000.000 dân Tuy nhiên sau các trận lũ lớn

năm 1999 và 2000, sông Quảng Huế bị cắt dòng ở khu vực xã Đại Cường,

hình thành thêm một nhánh sông mới mà cửa mới cách vị trí cửa sông Quảng

Huế cũ khoảng 1,7 km về phía thượng lưu và nối vào điểm cuối sông cũ với

chiều dài chỉ khoảng 4 km

Sự xuất hiện của sông Quảng Huế mới làm nhánh cũ bị bồi lấp dần và

sau hai năm đã bồi lấp gần như hoàn toàn, trong khi nhánh mới ngày càng mở

rộng, dẫn tới tình trạng sạt lở bờ liên tục trong những năm gần đây làm nhiều

nhà cửa, ruộng vườn ven sông phải di dời, hàng trăm ha đất canh tác thuộc

thôn 8, 9, Ô Gia Bắc, Thanh Vân xã Đại Cường huyện Đại Lộc bị cuốn trôi

Trang 13

Hệ thống điện 110KV cung cấp cho xã Đại Cường bị hư hỏng nặng, đường

giao thông liên huyện bị cắt đứt

Quá trình cắt dòng diễn ra phức tạp, kết quả là đoạn sông Quảng Huế

mới chảy thẳng hơn, ngắn hơn, góc phân lưu thuận lợi hơn nên phần lớn

lượng nước từ Vu Gia đã được chuyển sang sông Thu Bồn sẽ gây ngập lụt

nghiêm trọng cho Hội An về mùa lũ và thiếu nước cho vùng hạ lưu Vu Gia về

mùa kiệt dẫn đến tình trạng xâm ngập mặn vào sâu các sông trong hệ thống

Lũ lớn trên sông Vu Gia sẽ dồn sang sông Thu Bồn làm gia tăng các vùng

ngập lụt mới và hình thành các khu vực diễn biến sạt lở, bồi đắp mới ở vùng

hạ lưu sông Thu Bồn Trước diễn biến phức tạp gây nhiều thiệt hại cho dân cư

sinh sống nơi đây Bộ Nông nghiệp & PTNT quyết định sử dụng nguồn vốn

ODA thuộc Dự án Hỗ trợ thuỷ lợi Việt Nam (VWRAP) do Ngân hàng Thế

giới (WB) đầu tư và lập Tiểu Dự án Chỉnh trị sông Quảng Huế (Quảng Nam)

nhằm:

Yên), phục vụ tưới 10.000ha;

Thành phố Đà Nẵng;

Do vậy, việc nghiên cứu chế độ thủy lực thủy văn, phục vụ tính toán

thiết kế kè bờ hữu sông Quảng Huế nhằm ổn định bờ, giảm thiểu thiệt hại do

lũ là một việc hết sức cần thiết

II Mục đích của đề tài

- Mô phỏng chế độ dòng chảy ứng với các kịch bản thiết kế để xác định

thông số phục vụ thiết kế kè

Trang 14

III Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng

trình kè

cứu, phạm vi tính toán được mở rộng cho toàn lưu vực Vũ Gia – Thu Bồn

2 Phương pháp

có trên thế giới cũng như trong nước Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các

vùng trọng tâm nghiên cứu là nhánh sông Quảng Huế

- Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành

- Phương pháp chuyên gia

3 Công cụ sử dụng

lượng nước MIKE11

toán ổn định cho kè bằng phần mềm Geoslope

IV K ết quả đạt được

định nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng tập kịch bản lũ tính toán chế độ dòng chảy

- Dựa vào kết quả tính toán thủy lực bằng mô hình Mike11 đề xuất ra

phương án, tính toán thiết kế các thông số kè phù hợp

Trang 15

V Nội dung luận văn:

thành 3 chương với nội dung chính:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN,

HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH VÙNG NGHIÊN CỨU

chảy, chế độ chuyển nước của nhánh Quảng Huế những năm gần đây

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN, THỦY LỰC

2.1 Giới thiệu mô hình nghiên cứu (Mike 11)

2.4 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

2.5 Xây dựng tập kịch bản tính toán và mô phỏng xác định các thông

số thủy văn, thủy lực khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO CÁC

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG QUẢNG HUẾ

3.1 Lý lịch công trình

- Các chỉ tiêu thiết kế thân kè

- Các chỉ tiêu thiết kế chân kè

Trang 16

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU

Khu vực xây dựng công trình thuộc xã Đại Cường huyện Đại Lộc tỉnh

Quảng Nam Phạm vi công trình nằm trên nhánh sông Quảng Huế, thượng lưu

cầu Quảng Huế Nằm kẹp giữa hai sông Vu Gia và sông Thu Bồn nên chịu

ảnh hưởng trực tiếp chế độ thủy văn, thủy lực của hai sông

Địa hình khu vực công trình tương đối bằng phẳng, dạng bãi bồi ven

sông Quảng Huế Cao độ trung bình khoảng +6,0 ÷ 7,0m thấp hơn so với cao

độ bãi vùng ven sông Vu Gia và sông Thu Bồn Xu thế địa hình khu vực thấp

dần từ sông Vu Gia theo hướng sông Quảng Huế mới về sông Thu Bồn

Khu vực dân cư nằm ven bờ hữu sông Vu Gia và sông Quảng Huế mới,

Trang 17

cao độ trung bình khu dân cư +8,0 ÷ 9,0m Về mùa lũ cả vùng dự án đều ngập

đến cao trình +10÷11m, lũ tiểu mãn ngập cao trình bãi tới +7,5m kéo dài từ

3÷4 ngày

Vùng hưởng lợi của công trình bao gồm khu dân cư dọc theo bờ hữu

sông Quảng Huế Mới thuộc địa bàn xã Đại Cường huyện Đại Lộc tỉnh Quảng

Nam Khu vực hạ lưu sông Thu Bồn phía Hội An và khu vực hạ lưu sông Vu

Gia phía TP Đà Nẵng

Mạng lưới sông thuộc lưu vực Thu Bồn - Vu Gia nằm gọn trong tỉnh

Quảng Nam và TP Đà Nẵng Nguồn nước cung cấp cho hệ thống sông chủ

yếu là nước mưa với lượng mưa khá phong phú từ 1.800 ÷ 2.300 mm Tuy

nhiên, do chi phối của địa hình, địa chất, thổ nhưỡng và điều kiện mặt đệm

mà lưới sông phát triển không đồng đều giữa các vùng

Th u B ån S« ng

Th u B ån

S« ng

Th u B ån

S«n g C

¸i ( VuG ia) S«n g C

¸i ( VuG ia)

S«n g C

¸i ( VuG ia) S«n g C

¸i ( VuG ia)

S«n g C

¸i ( VuG ia)

Mật độ lưới sông ở các vùng như sau:

L>10 km và có dòng chảy thường xuyên)

Trang 18

- Thượng nguồn sông Vu Gia: 0,33 km/km2(tính với các sông có L>10

km và có dòng chảy thường xuyên)

Nguồn sông từ các dãy núi phía tây của lưu vực ở độ cao trên 1000 m

đến 2000 m Hệ thống sông có những đặc điểm chính sau đây:

- Các sông đều ngắn, dốc Chiều dài lớn nhất không quá 200 km

lưu

đoạn dốc đứng như khe Kẽm - Đá Dừng (nhánh Thu Bồn), nhưng phần lớn là

các bãi sông thường xuyên có một phần ngập lũ và một phần chỉ ngập lũ khi

gặp các năm lũ lớn Lòng sông chủ yếu cấu tạo là đá gốc hoặc đá phong hoá,

có nhiều thác ghềnh, dốc Vận tốc dòng chảy lớn, ngay cả khi không có lũ là

trở ngại lớn cho giao thông thuỷ

chỉ rõ về mùa nước cạn, nhưng vào mùa lũ không thấy ranh giới của lòng

sông và đất đai, làng mạc Do vật chất lòng sông là thành tạo rửa trôi, bào

mòn trên bề mặt lưu vực được vận chuyển theo dòng nước và lắng đọng mà

tạo thành với hàm lượng cát chiếm tới 70% nên rất không ổn định Có thể nói

lòng sông thay đổi sau mỗi trận lũ Dưới ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên và

hệ thống cơ sở hạ tầng (bao gồm các công trình vĩnh cửu và các công trình

tạm thời, kể cả hệ thống làng mạc) mà một dòng sông mới có thể được tạo ra

sau một trận lũ, cũng như lấp một đoạn sông cũ đã có trước đó

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn bao gồm hai sông chính: Sông Thu

Bồn (sông Tranh, sông Khang và sông Trường) và sông Vu Gia (sông Cái,

sông Bung và sông Côn) với 19 sông nhánh cấp I, 3 nhánh phân lưu là sông

Trang 19

Yên (Cẩm Lệ), sông Vĩnh Điện, sông Trường Giang; 36 sông nhánh cấp II;

21 nhánh cấp III và 2 nhánh sông cấp IV

Sông Thu Bồn bắt nguồn từ đỉnh Ngọc Lĩnh cao 2.598m (tỉnh Kon

Tum) Độ dài sông chính từ nguồn đến cửa Hội An là 198 km, diện tích lưu

sông Thu Bồn chảy qua địa phận Kon Tum 38 km với diện tích tương ứng là

chảy qua sông Quảng Huế dẫn một phần nước của sông Vu Gia nhập sang

sông Thu Bồn Cách Giao thuỷ 16 km về phía hạ lưu thì sông Vĩnh Điện lại

dẫn một phần nước sông Thu Bồn sang trả lại sông Vu Gia

Ngoài ra, mỗi sông về phía hạ lưu còn được bổ sung thêm một số sông

Kỳ được nối nhau bằng con sông Trường Giang là kết quả của quá trình bồi

lấp cửa Đại (Thu Bồn) và một hình thức kéo dài của các sông miền Trung

Hệ thống sông Thu Bồn có các sông Thu Bồn (S.Tranh, S.Khang và

S.Trường) và sông Vu Gia (sông Cái, sông Bung và sông Côn) với 78 sông

suối có chiều dài 10 km trở lên bao gồm 19 sông nhánh cấp I; 36 sông nhánh

cấp II; 21 sông nhánh cấp III và 2 sông nhánh cấp IV

Ngoài ra trong hệ thống còn có 3 phân lưu là sông Yên (sông Cẩm Lệ),

sông Vĩnh Điện và sông Trường Giang

Trang 20

Hình 1.3: Đoạn sông nghiên cứu

1.2 TÌNH HÌNH NGUỒN NƯỚC SÔNG VU GIA – THU BỒN, DIỄN

BIẾN DÒNG CHẢY, CHẾ ĐỘ CHUYỂN NƯỚC CỦA NHÁNH

QUẢNG HUẾ NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY

1.2.1 Dòng chảy năm

Lưu vực Thu Bồn có trạm Nông Sơn đo dòng chảy với diện tích lưu

dòng chảy trên sông Vu Gia

Trên cơ sở tài liệu thực đo, tính toán được dòng chảy bình quân tháng,

năm trung bình trong thời kỳ nhiều năm như sau:

Bảng 1.1: Lưu lượng bình quân tháng Nông Sơn và Thành Mỹ

Tr ạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Trang 21

Theo kết quả tính toán:

tháng và dòng chảy năm, ta được kết quả như sau:

Bảng 1.2: Các thông số thống kê dòng chảy tháng và năm

Từ bảng thống kê trên có thể thấy:

Dòng chảy kiệt biến động ít hơn cả về không gian lẫn thời gian

Thời gian mùa lũ dòng chảy biến động rất lớn

Tháng chuyển tiếp từ mùa kiệt sang mùa lũ kể cả lũ tiểu mãn dòng chảy

Dòng chảy năm ít biến đổi mặc dù sự biến đổi khí hậu làm tăng cường

mưa lũ và sự biến đổi bề mặt lưu vực do các hoạt động chặt phá rừng, đốt

nương rẫy lấy đất làm nông nghiệp v.v làm thay đổi chế độ dòng chảy lũ và

dòng chảy kiệt

1.2.2 Dòng chảy lũ, kiệt

Mưa lớn là nguyên nhân sinh ra lũ lụt sông ngòi và xói mòn trên lưu

vực làm ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống, sản xuất và giao thông Mưa

Trang 22

lớn được hình thành do nhiều loại hình thời tiết khác nhau Những trận mưa

lớn ở miền Trung phần lớn do bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, hội tụ

nhiệt đới, không khí lạnh và sự phối hợp hoạt động của giải hội tụ nhiệt đới

hay cao áp Thái Bình Dương gây ra Các hình thái này hoạt động riêng lẻ

hoặc phối hợp với nhau gây nên những trận mưa lớn và đặc biệt lớn trên diện

rộng Trận mưa lớn nhất quan trắc được trên lưu vực rơi vào đầu tháng XI

năm 1999 đã xảy ra trên diện rộng, lượng mưa một ngày lớn nhất đạt tại hầu

hết các trạm trên lưu vực sông Vu Gia trừ một số trạm vùng thượng nguồn

sông Thu Bồn Đặc điểm lũ ở các sông tỉnh Quảng Nam cũng như các sông

thuộc các tỉnh miền Trung tập trung nước rất nhanh, cường suất mực nước

lớn, biên độ cao Lũ lên nhanh và rút nhanh, rất khó khăn trong công tác dự

báo và phòng tránh lũ lụt

Bảng 1.3: Thời gian và tốc độ truyền lũ trên các đoạn sông

THU

BỒN

1 Sơn Tân - Nông Sơn 19,0 3,5 5,0 2,0 5,4 9,5 3,8

2 Nông S ơn-Giao Thuỷ 26,0 5,2 7,0 3,0 5,0 8,7 3,7

3 Giao T huỷ - Cao Lâu 23,0 7,4 11,0 6,0 3,1 3,8 2,1

Ái Nghĩa - Cẩm Lệ 23,0 15,6 22,0 10,0 1,5 2,3 1,0

Tốc độ truyền lũ trên cả hai nhánh rất nhanh, tuy nhiên trên sông Thu

Bồn nhanh hơn trên nhánh Vu Gia Khi có lũ xuất hiện tại Sơn Tân (Thu

Bồn), trung bình chỉ khoảng 16 giờ sau (nhanh nhất là 11 giờ) thì lũ đã xuất

hiện ở Câu Lâu cách Sơn Tân đến 70 km Trên sông Vu Gia khoảng cách từ

Thành Mỹ đến Cẩm Lệ là 63 km theo đường sông có thời gian truyền lũ dài

nhất là 23 giờ, ngắn nhất là 15 giờ

Trang 23

Tốc độ truyền lũ giảm rất nhanh từ thượng lưu về hạ lưu Vùng hạ lưu

sông Vu Gia từ Ái Nghĩa tới Cẩm Lệ, tốc độ truyền lũ nhỏ hơn nhiều đoạn hạ

lưu sông Thu Bồn từ Giao Thuỷ đến Câu Lâu Lũ xảy ra trên 2 lưu vực Thu

Bồn và Vu Gia khá đồng pha với nhau - một đặc điểm của các sông miền

Trung có diện tích không lớn, mặt đệm khá đồng đều nên nguyên nhân gây

mưa thường bao trùm lên toàn lưu vực Do tổ hợp đồng pha, nên lũ hạ lưu

thường khá lớn và trải đều trên vùng đồng bằng hẹp của hạ lưu 2 sông

Do địa hình dốc, hẹp nên tốc độ dòng chảy, biên độ và cường suất lũ

khá lớn, tuy nhiên các đặc trưng này thay đổi theo từng đoạn sông Trên hai

nhánh sông có hai trạm thuỷ văn nên có thể dẫn ra các số liệu về các đặc

Theo kết quả tính toán phân mùa dòng chảy thì mùa kiệt từ tháng I đến

dòng chảy Lượng nước nhỏ nhất xảy ra vào hai thời kỳ tháng IV và tháng

Trang 24

1.2.3 Chế độ chuyển nước của nhánh Quảng Huế trong những năm gần đây

Sông Vu Gia là một trong hai nhánh sông chủ yếu của hệ thống sông

Thu Bồn, nằm bên trái sông Thu Bồn, thuộc địa phận các huyện Nam Giang,

Đại Lộc, Điện Bàn và hạ lưu là huyện Hòa Vang thuộc TP Đà Nẵng

Từ rất xa xưa, ông cha ta đã đào sông Quảng Huế nhằm chuyển một

phần nước từ nhánh Vũ Gia vốn có nguồn nước dồi dào hơn sang nhánh Thu

Bồn nhằm cung cấp thêm nước cho dân sinh và các hoạt động kinh tế vào thời

kỳ mùa khô hạn Dòng Quảng Huế ban đầu như một kênh nối thẳng, nhưng

do quy luật tự nhiên của dòng sông, sau nhiều năm dòng sông đã uốn cong đi

và chiều dài đã tới 8 km trở thành một đoạn sông cong điển hình

Do chế độ thuỷ văn rất không đều với mùa lũ 4 tháng từ tháng IX đến

tháng XII, nhưng tổng lượng dòng chảy trên 80% cả năm làm khu vực ngã ba

Quảng Huế thường xuyên nước tràn bờ, xói bãi tạo lòng mới Quảng Huế là

nhánh sông quyết định rất lớn đến chế độ dòng chảy lũ và kiệt giữa hai sông

Vu Gia, Thu Bồn Hệ thống Vu Gia và các nhánh ở hạ lưu cung cấp nước tưới

và sinh hoạt cho khu vực kinh tế và dân rộng lớn bao gồm khoảng 10.000 ha

đất canh tác và hơn 1.000.000 dân Tuy nhiên sau các trận lũ lớn năm 1999 và

2000, trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn xảy ra diễn biến đặc biệt Sông

Quảng Huế bị cắt dòng ở khu vực Đại Cường hình thành nhánh Quảng Huế

mới

Trang 25

1.3 HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH TRÊN NHÁNH QUẢNG HUẾ

Trước tình hình diễn ra phức tạp trên nhánh sông, nhân dân địa phương

đã xử lý tạm thời năm 2000 Sau đó, lũ sông Vu Gia lại phá tiếp Bộ Nông

nghiệp & PTNT và UBND tỉnh Quảng Nam đã tập trung xử lý Tháng 6 năm

2001, Viện Khoa học Thủy lợi đã đề xuất giải pháp ổn định tạm thời cho khu

vực trong mùa lũ 2002 Các công trình đập tạm và kè bờ đưa ra đã phát huy

tác dụng tích cực trong giai đoạn từ 2002÷2005 Tuy nhiên do việc lựa chọn

cao trình đập chưa hợp lý nên dòng chảy vẫn tập trung nhiều về sông Quảng

Huế mới, sông Quảng Huế cũ tiếp tục bị bồi lấp và hạ du Vu Gia tiếp tục dấu

hiệu suy thoái Trận lũ năm 2006 phá hỏng nặng và sau đó 2007 Bộ Nông

nghiệp & PTNT quyết định sử dụng nguồn vốn ODA trong Dự án Hỗ trợ thuỷ

lợi Việt Nam (VWRAP) do Ngân hàng Thế giới (WB) đầu tư và lập Tiểu Dự

án Chỉnh trị sông Quảng Huế (Quảng Nam)

Các hạng mục công trình như sau:

hàn (04 kè mỏ hàn đá đổ và 03 kè mỏ hàn lái dòng bằng cọc BTCT), kè bảo

vệ bờ hữu sông Vu Gia và hoành triệt cửa vào đạt cao trình +7,5m

+7,5m; đập khoá 2, cao trình +7,0m)

trên Bộ Nông nghiệp & PTNT đã giao cho công ty Tư vấn và Chuyển giao

Công nghệ nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực chỉnh trị sông Quảng

Quảng Huế mới

Có thể thấy các công trình này đã được nghiên cứu rất cẩn thận bằng

mô hình toán và mô hình vật lý

Trang 26

Trong đợt lũ lớn tại miền Trung tháng 10 & 11/2010 vừa qua, trận lũ

ngày 16/10/2010 làm hư hỏng 40m vai trái đoạn kè G1 (phần gia cố cửa ra)

Ngày 15/1/2011 các bên đã chính thức tiến hành bàn giao công trình

chỉnh trị sông Quảng Huế (giai đoạn 1) cho huyện Đại Lộc Công trình có

tổng vốn đầu tư 178 tỷ đồng, được khởi công xây dựng vào đầu tháng 3/2009

Riêng trong giai đoạn 1, Ban Quản lý đầu tư - xây dựng thủy lợi 6 đã đầu tư

117 tỷ đồng để chỉnh trị khu vực cửa vào và cửa ra của dòng Quảng Huế trên

đoạn sông Vu Gia - Quảng Huế; kè mới có tổng chiều dài 2.050m bờ sông

2007; xây 7 mỏ hàn, nạo vét bãi bồi bờ trái theo tuyến và mặt cắt chỉnh trị

thiết kế Đồng thời, lấp dòng Quảng Huế mới, thi công 2 đập khóa với cao

trình đỉnh từ 7 - 7,5m, trồng tre bảo vệ bãi và xây dựng nhà quản lý 2 tầng…

Sau khi làm các công trình kè kiên cố thì trận lũ ngày 15/11/2010, mực

nước cao nhất ở Vu Gia (cửa vào sông Quảng Huế mới) đạt cao trình +9,6m,

loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 27

Hình 1.5: Bờ hữu sông thượng lưu cầu Quảng Huế dài 660 m có nguy cơ sạt lở đe

dọa tới cơ sở hạ tầng và tính mạng nhân dân xã Đại Cường sau mùa lũ năm 2007

được nạo vét, khơi dòng

Trang 28

1.4 TÌNH HÌNH NGẬP LỤT VÙNG ẢNH HƯỞNG LŨ

Hình thành nhánh Quảng Huế mới chảy thẳng và ngắn hơn, góc phân

lưu thuận hơn nên việc chuyển nước từ sông Vũ Gia sang sông Thu Bồn tăng

lên đáng kể so với trước đây Vì vậy vào mùa lũ, khi có lũ lớn trên sông Vu

Gia sẽ dồn sang sông Thu Bồn làm gia tăng các vùng ngập lụt mới và hình

thành các khu vực diễn biến sạt lở, xói bồi mới ở phía hạ lưu

Trong vòng 50 năm gần đây có tới hơn 10 trận lũ lớn là lũ năm 1964,

1972, 1978, 1983, 1991, 1996, 1998 và 1999, 2003, 2007, 2009

Mưa lũ gây ngập lụt và thiệt hại về người và tài sản cho tỉnh Quảng

Nam Thiệt hại do lũ lụt gây ra có xu hướng tăng lên trong những năm gần

đây:

Năm 1996: Số người chết 99 người, tổng thiệt hại 220 tỷ đồng

Năm 1997: Số người chết 55 người, tổng thiệt hại 563,7 tỷ đồng

Năm 1998: Số người chết 115 người, tổng thiệt hại 757,9 tỷ đồng

tháng XI thiệt hại 392 tỷ và trận tháng XII thiệt hại 366 tỷ, chưa kể các tác

động xấu đến môi trường tự nhiên, ô nhiễm nguồn nước

Năm 2007: Số người chết 26 người, tổng thiệt hại khoảng 1.500 tỷ

Trang 29

21 Công trình thuỷ lợi nhỏ

22 Đường thủy bị sạt lở m3 548.000 1.041.902 1.517.840

24 Cầu cống hư hại cái - 779 1.712

Những con số thống kê trên cho thấy ngập lụt gây thiệt hại rất lớn đến

tài sản và tính mạng của dân cư khu vực hạ du

Trang 30

1.5 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CẦN GIẢI QUYẾT

Sau trận lũ lớn năm 1999 và 2000, xuất hiện Quảng Huế mới, nhánh

Quảng Huế cũ bị yếu dần và chỉ sau hai năm đã bồi lấp rất lớn Quảng Huế

mới được hình thành ngày càng mở rộng và liên tục gây sạt lở nghiêm trọng

khu vực ven sông Nhiều nhà cửa ven sông phải di dời, hàng trăm ha đất canh

tác thuộc thôn 8, 9, Ô Gia Bắc, Thanh Vân xã Đại Cường huyện Đại Lộc bị

sạt lở và cuốn trôi Hệ thống điện 110KV cung cấp cho xã Đại Cường bị hư

hỏng nặng, đường giao thông liên huyện bị cắt đứt

Việc hình thành các vùng ngập lụt mới, hình thành các khu vực diễn

biến sạt lở, xói bồi mới ở phía hạ du sông Quảng Huế vào mùa lũ đang diễn ra

hết sức phức tạp Liên tiếp trong các tháng 8÷10/2007 do ảnh hưởng của cơn

bão số 2 và số 5 sông Quảng Huế mới cắt dòng hoạt động trở lại Bờ hữu sông

Quảng Huế mới và cũ bị xói lở nghiêm trọng Đặc biệt là đoạn dòng chảy

Quảng Huế mới đoạn trước cầu Quảng Huế khoảng 660m lòng sông phía giáp

bờ hữu hình thành một lạch sâu mới sâu hơn lòng sông cũ 1÷4 m và có xu

hướng gây mất ổn định cho bờ hữu

Do tính cấp thiết để đảm bảo chống sạt lở bờ hữu sông Quảng Huế, xã

Đại Cường hạng mục công trình gia cố đoạn bờ hữu thượng lưu cầu Quảng

Huế đoạn K0+782,4÷K1+442,7 khi tính toán thiết kế chưa nghiên cứu tính

toán đến chế độ thủy lực của nhánh Quảng Huế Vì vậy trong đê tài nghiên

cứu này đưa ra xem xét chế độ thủy văn, thủy lực của nhánh Quảng Huế

thông qua sử dụng mô hình toán

Trường hợp sử dụng mô hình toán 2 hay 3 chiều: Để có một nghiên cứu

toàn diện cho khu vực theo hướng mô hình toán thì tốt nhất là sử dụng mô

hình 2 hoặc 3 chiều cho toàn hệ thống Nhưng theo hướng này thì yêu cầu số

liệu quá nhiều mà điều kiện hiện tại không thể đáp ứng nổi Mặt khác khối

lượng tính toán sẽ rất đồ sộ, bộ nhớ của các máy tính hiện có khó có thể quản

lý hết được và không đảm bảo về mặt thời gian Khi tính toán như vậy, sai số

Trang 31

lũy tích cũng sẽ rất lớn, nếu đầu vào không đảm bảo, chưa xét tới những khía

cạnh khác Vì vậy việc sử dụng mô hình toán 2 hay 3 chiều trong điều kiện

hiện không khả quan

Với mong muốn tăng tính ổn định cho khu vực, phải đánh giá lại một

cách toàn diện diễn biến của khu vực ngã ba sông Quảng Huế về chế độ thủy

văn, thủy lực cho khu vực nghiên cứu Từ điều kiện thực tế đó tác giả nghiên

cứu mô hình một chiều MIKE11 góp phần đưa ra thông số về mực nước, vận

tốc, tốc độ rút nước nhanh để tính toán thiết kế kè bờ hữu thượng cầu Quảng

Huế từ K0+782,4 đến K1+442,7 phù hợp với chế độ dòng chảy

Trang 32

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN, THỦY LỰC

PHỤC VỤ THIẾT KẾ

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE 11

2.1.1 Tổng quan mô hình MIKE 11

MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phần

mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, lưu lượng, chất lượng nước và vận

chuyển bùn cát ở các cửa sông, sông, kênh tưới và các vật thể nước khác

chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho mạng sông có tổ hợp nhiều công trình

trên hệ thống cũng như hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp Với môi

trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ tính toán cao

MIKE 11 tạo ra môi trường hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước,

quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch

Modul thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của mô hình MIKE

lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các modul vận chuyển bùn cát không

hoặc có cố kết Các công trình được mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm:

Trang 33

- Dự báo lũ và vận hành hồ chứa

- Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước

- Thiết kế các hệ thống kênh dẫn

MIKE11 là chương trình tính thuỷ lực có thể áp dụng với chế động

sóng động lực hoàn toàn ở cấp độ cao Trong chế độ này MIKE 11 có khả

năng tính toán với:

- Lòng dẫn có độ dốc lớn

Các ứng dụng liên quan đến modul MIKE11 AD nghiên cứu truyền tải

vật chất một chiều như quá trình xâm nhập mặn, phân bố các thành phần chất

lượng nước, hiện tượng phì dưỡng trong sông

2.1.3 Ứng dụng mô hình MIKE11 tại Việt Nam

Ở Việt Nam mô hình thủy động lực học kênh hở đã được đầu tư nghiên

cứu và phát triển từ hàng thập kỷ trước Nhiều mô hình toán đã được xây

dựng hoàn chỉnh và đưa vào tính toán thực tế, đáp ứng được yêu cầu của công

tác qui hoạch, quản lí nguồn nước, giảm nhẹ thiên tai ở Việt Nam Thông

dụng nhất có thể kể đến mô hình của cố giáo sư anh hùng lao động Nguyễn

Như Khuê VRSAP Đây là mô hình thủy động lực dòng chảy một chiều trong

kênh hở, bãi sông, vùng ngập lũ VRSAP được giải theo sơ đồ ẩn và ổn định

trong mọi điều kiện và là mô hình thủy động tiêu biểu của Việt Nam Một mô

hình khác là KOD do giáo sư, tiến sĩ Nguyễn Ân Niên phát triển được giải

theo sơ đồ hiện và cũng được ứng dụng rộng rãi

Trang 34

Ngoài ra ở Việt Nam, một số mô hình trong nước khác cũng được sử

dụng khá phổ biến là các mô hình thương mại phát triển từ các nước phát

triển như SOBEK, ISIS, HECRAS, MIKE…

Bộ mô hình MIKE của viện thủy lực Đan Mạch (DHI) đã được giới

thiệu ở Việt Nam gần đây, trong đó MIKE11 là một trong những thành phần

chính Mô hình MIKE11 là loại mô hình toán sử dụng phương trình St

Venant mô phỏng dòng chảy trong sông, liên kết với vùng ngập lũ Mô hình

có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như:

hình mưa rào – dòng chảy NAM, mô hình thủy 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)

- Tính toán quá trình phú dưỡng…

MIKE11 là mô hình được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, là sản

phẩm được phát triển và không ngừng cải tiến trong hơn 20 năm nay và đã

được ứng dụng vào nhiều vấn đề sông, cửa sông, hồ chứa và các hệ thống

kênh hở tại khoảng 100 quốc gia Là một mô hình thủy động lực một chiều

gồm giải pháp toàn diện của hệ phương trình St Venant và nhiều modul được

bổ sung đối với tải khuếch tán, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát, mưa –

dòng chảy, mô hình sinh thái, dự báo lũ, mô hình vỡ đập… MIKE 11 là một

mô hình số hiện đại có khả năng mô phỏng hầu hết các chế độ thủy lực sông

Thực tế các cơ quan như Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Khí tượng Thủy Văn,

Viện Quy hoạch, trung tâm dự báo khí tượng thủy văn quốc gia… đã sử dụng

mô hình MIKE11 rất thành công trong việc dự báo lũ cho đồng bằng sông

Hồng - Thái Bình, hệ thống sông Cả và rất nhiều lưu vực sông khác ở nước ta

Trang 35

Chính vì lẽ đó mà MIKE 11 đã trở thành một công cụ hữu ích để mô phỏng

và giải quyết các bài toán lũ ở hầu hết các lưu vực sông ở Việt Nam

2.2 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

2.2.1 Hệ Phương trình Saint Venant

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint

Venant, viết ra dưới dạng thực hành cho bài toán không gian một chiều, tức

quy luật diễn biến của độ cao mặt nước và lưu lượng dòng chảy dọc theo

chiều dài dòng sông, kênh và theo thời gian

Hệ phương trình Saint Venant gồm hai phương trình: phương trình liên

tục và phương trình động lượng:

Phương trình liên tục:

q t

A x

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

R C

V V x

V V g t

V g x

Trong đó:

B: Chiều rộng mặt nước ở thời đoạn tính toán (m)

h: Cao trình mực nước ở thời đoạn tính toán (m)

Trang 36

t: Thời gian tính toán (s)

/s) V: Tốc độ nước chảy qua mặt cắt ngang sông

x: Chiều dọc theo hướng dòng chảy (m)

β: Hệ số phân bố lưu tốc không đều trên mặt cắt

2.2.2 Thuật toán trong mô hình MIKE11

Hệ phương trình vi phân (1) và (2) là hệ phương trình vi phân phi

tuyến, có hệ số biến đổi Các nghiệm cần tìm là Q và Z là hàm số của các biến

độc lập x, t Nhưng các tham số A và V lại là hàm số của Q và Z nên không

giải được bằng phương pháp giải tích, mà giải gần đúng theo phương pháp sai

h:

q t

h b x

Q

∂

∂ +

∂

0 )

( 1

2

= +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

RA C

Q Q g x

h gA h

Q x B t

Giải hệ phương trình vi phân trên theo phương pháp sai phân hữu hạn 6

điểm ẩn (Abbott-Ionescu 6-point) sẽ xác định được giá trị lưu lượng, mực

nước tại mọi đoạn sông, mọi mặt cắt ngang trong mạng sông và mọi thời điểm

trong khoảng thời gian nghiên cứu

Trang 37

Xét một đoạn sông dài 2∆x trong thời gian ∆t:

:

x

Q Q

x Q

n j

+ +

*2

22

)

t

h h t

n j

Trong đó chỉ số bên dưới trong phương trình biểu thị vị trí dọc theo

Trang 38

Ao,j: diện tích khống chế bởi hai điểm lưới j-1 và j

Ao,j+1: diện tích khống chế bởi hai điểm lưới j và j+1

2∆x: Khoảng cách giữa hai điểm j-1 và j+1

Thế vào phương trình (3) ta được phương trình

x

Q Q

+ +

*2

22

j Q β h γ Q δ

+ +

+

1 1

n j

h x h

n j

+ +

*2

22

)

Trang 39

x A

Q A

Q

A

Q x

n

j n

j Q Q Q Q

Thay vào phương trình (4) ta được một phương trình có dạng:

j n j j n j j n j

j h β Q γ h δ

+ +

+

1 1

j h Q h Q

Như vậy, nhờ phương pháp sai phân và tuyến tính hoá, ta đã biến đổi

hai phương trình Saint-Venant (3) & (4) thành hai phương trình đại số bậc

nhất (5) & (6) Các hệ số của hệ phương trình này đều có quan hệ với các ẩn

số Q, h

2.2 3 Phương trình tải khuếch tán

Phương trình tải khuếch tán hay còn gọi là phương trình bảo toàn khối

lượng chất hoà tan một chiều có dạng như sau:

x

C AD x x

QC t

AC

2 )

∂

(7) Trong đó:

C: Nồng độ chất tan

D: hệ số phân tán

A: Diện tích mặt cắt ngang sông

K: Hệ số phân huỷ tuyến tính

Trang 40

C2: Nồng độ chất hoà tan tại nguồn

x: Phương theo chiều dòng chảy

t: thời gian

Sử dụng nghiệm hệ phương trình Saint Vernant tìm được tại mỗi bước

thời gian để giải phương trình khuếch tán sẽ cho ta nồng độ của chất hoà tan

tại các mặt cắt dọc sông [2]

2.3 SỐ LIỆU DẦU VÀO, CÁC BIÊN MÔ HÌNH

Việc nghiên cứu khu vực ngã ba sông Quảng Huế không thể chỉ bó gọn

trong không gian đó mà phải tính toán cho toàn hệ thống sông Vũ Gia - Thu

Bồn vì mối liên hệ thủy lực giữa các nhánh sông

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	3,25 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
1. Nguyễn Phương Mậu và các nhà nghiên cứu khác (2008), dự án Khôi phục, nâng cấp công trình chỉnh trị sông Quảng Huế sau mùa lũ năm 2007, Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ - Đại học Thủy lợi	Khác
2. Nguyễn Phương Mậu và các nhà nghiên cứu khác (2008 ), tiểu dự án Chỉnh trị sông Quảng Huế tỉnh Quảng Nam, Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ - Đại học Thủy lợi	Khác
3. Đặng Thị Kim Nhung và các nhà nghiên cứu khác (2011), Rà soát, bổ sung quy hoạch phòng chống lũ các tỉnh miền Trung lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, Viện Quy hoạch Thủy lợi	Khác
4. Nguyễn Trọng Quân, (2009), Tính toán thấm không ổn định, Công ty cổ phần tư vấn Sông Đà	Khác
5. Nguyễn Cảnh Thái, Lương Thị Th anh Hương và các nhà nghiên cứu khác (2008), Nghiên cứu ổn định mái đê, đập đất khi mực nước rút nhanh, Trường Đại học Thủy lợi	Khác
6. Ngô Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái, (2004), Giáo trình thủy công, NXB Xây dựng	Khác
7. Lương Phương Hậu, Nguyễn Thanh Hoàn, Nguyễn Thị Hải Lý, (2010), C hỉ dẫn kỹ thuật công trình chỉnh trị sông , NXB Xây dựng	Khác