Luận văn:Nghiên cứu mô hình HEC-RAS để xác định vùng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

5 bước quan trọng để tạo mô hình tính toán thủy lực với HEC-RAS: - Starting a new project - Nhập dữ liệu hình học (Geometric data) - Nhập dữ liệu dòng chảy (flow data) và những điều kiện biên (Boudary conditions) - Thực hiện các tính toán thủy lực (Hydraulic computations) - Xem và in kết quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu mô hình HEC-RAS để xác định vùng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG PH M TH KIM PH NG NGHIÊN C U MÔ HÌNH HEC - RAS Đ XÁC Đ NH VÙNG NG P L T THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI 4 CHUYÊN NGÀNH: XÂY D NG CÔNG TRÌNH TH Y MÃ S : 60.58.40 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T ĐÀ N NG - 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: GS.TS. NGUY N TH HÙNG Ph n bi n 1 : TS. Nguy n Văn Minh Ph n bi n 2 : PGS.TS. Nguy n Thư ng Lu n văn ñã ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 29 tháng 6 năm 2011. Có th tìm hi u lu n văn t i: • Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng • Trung tâm H c Li u, Đ i h c Đà N ng.
1 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài H th ng sông Vu Gia – Thu B n thu c t nh Qu ng Nam, m t ph n t nh Kon Tum ( thư ng ngu n) và Thành ph Đà N ng. Là sông có ti m năng kinh t k thu t th y ñi n g n 5 t kWh/năm, ñ ng th 4 trong các sông Vi t Nam sau sông Đà, sông Đ ng Nai và sông Sê San. Trong tình hình thi u h t nghiêm tr ng ngu n cung c p năng lư ng hi n t i và tương lai, vi c xây d ng các công trình th y ñi n - th y l i trên h th ng sông này s b sung lư ng ñi n năng ñáng k vào h th ng ñi n Qu c gia, ngoài ra nó còn góp ph n thúc ñ y cho s phát tri n Kinh t , xã h i cho khu v c mi n Trung và ñ t nư c. Đ c bi t, v i ti m năng d i dào chưa ñư c khai thác, t nh Qu ng Nam có nhi u ñi u ki n phát tri n m t cách toàn di n và hi n ñ i. Đ ñ m b o cho s phát tri n kinh t khu v c, ñòi h i ph i xây d ng cơ s h t ng, trong ñó n i b t nh t là giao thông, ñi n và nư c. Công trình th y ñi n Đăk Mi 4 ñư c khai thác theo sơ ñ 2 b c: B c trên s d ng ngu n nư c c a sông Đak Mi ñ t o thành h chính trên sông Đak Mi và m t ñư ng h m chuy n nư c sang sông ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c là 152 m. B c dư i t n d ng l i ngu n nư c sau Nhà máy Đak Mi 4 b c trên và ph lưu c a sông ng n Thu B n có chênh l ch c t nư c là 39 m. Công trình th y ñi n Đak Mi 4 s góp ph n b sung ngu n năng lư ng vào h th ng ñi n Qu c gia v i t ng công su t l p ñ t 190 MW và ñi n lư ng hàng năm kho ng 768.4 tri u kWh. Trong quy ho ch thi t k th y ñi n, k t qu chính xác c a vi c nghiên c u các vùng ng p l t trong mùa lũ t i v trí lòng h là r t quan tr ng nh m xác ñ nh ñư c vùng nào c n di d i tái ñ nh cư quanh khu v c xây d ng lòng h nh m gi m thi u h u qu v ngư i và tài s n do thiên tai lũ l t gây ra, ñ ng th i gi m ñư c chi phí ñ u tư cho d án trong vi c di d i tái ñ nh cư m c th p nh t. Tuy nhiên, khi tính lũ, ñ ñơn gi n cho quá trình tính toán ngư i ta thư ng xem như m c nư c h n m ngang, ho c tính theo dòng ch y n ñ nh. Nhưng trong th c t m c nư c h dâng lên và dòng ch y trong h là dòng ch y không n ñ nh.
2 Do ñó, ñ có m t b c tranh ñúng hơn v dòng ch y lũ trong h ch a, tác gi ch n ñ tài: “Nghiên c u mô hình Hec – ras ñ xác ñ nh vùng ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4”. 2. M c ñích nghiên c u Nghiên c u áp d ng mô hình toán th y l c HEC – RAS ñ tính toán kh năng ng p l t thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. T ñó, ñánh giá ph m vi và m c ñ ng p l t vùng thư ng lưu nh m c nh báo lũ và ñ nh hư ng trong công tác qui ho ch phát tri n. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u -Đ i tư ng nghiên c u c a ñ tài là ch ñ mưa - lũ trên h th ng sông; áp d ng mô hình toán th y văn, thu l c tính toán dòng ch y lũ. -Ph m vi nghiên c u: Lưu v c h th ng sông Đăk Mi. 4. Phương pháp nghiên c u -Phương pháp ñi u tra, thu th p s li u -Phương pháp th ng kê, t ng h p ñ a lý -Phương pháp áp d ng mô hình toán h c v thu văn, thu l c 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Đánh giá l i ch ñ , ñ c ñi m lũ l t c a h th ng sông Đăk Mi ñ xây d ng các phương án d báo lũ, kh năng ng p l t nh m ñ m b o s n su t và an toàn vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. S n ph m c a ñ tài s là công c r t c n thi t góp ph n ph c v công tác ñ nh hư ng qui ho ch lòng h ; là cơ s ñ d báo kh năng ng p lũ và ñ ra ch ñ v n hành nh m nâng cao kh năng thoát lũ h Đăk Mi ñ m b o an toàn cho vùng thư ng lưu lưu v c h th ng sông Đăk Mi. 6. B c c c a lu n văn Lu n văn ngoài ph n m ñ u, k t lu n và ki n ngh , g m có 03 chương: Chương 1: T ng quan v công trình th y ñi n Đăk Mi 4 Chương 2: Các phương pháp tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 Chương 3: ng d ng mô hình Hec – ras tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi4
3 CHƯƠNG 1: T NG QUAN V CÔNG TRÌNH TH Y ĐI N ĐĂK MI 4 1.1.Đ c ñi m và ñi u ki n t nhiên lưu v c h ch a nư c Đăk Mi 4 Công trình th y ñi n Đak Mi 4 ñư c khai thác theo sơ ñ 2 b c: B c trên s d ng ngu n nư c c a sông Đak Mi ñ t o thành h chính trên sông Đak Mi và m t ñư ng h m chuy n nư c sang sông ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c là 152m. Công trình th y ñi n Đak Mi 4 có tuy n ñ p b c trên n m trên sông Đak Mi, lưu v c sông ñ n tuy n ñ p có di n tích 1.125 km2, chi u dài sông 76 km, ñ d c lòng sông 26,7o/oo, ñ cao trung bình lưu v c 950 m. Sông Đăk Mi là ph n thư ng lưu c a sông Cái, m t trong các sông l n c a h th ng sông Vu Gia-Thu B n. Sông Cái b t ngu n t các ñ nh núi thu c dãy Trư ng Sơn, ch y theo hư ng B c – Nam, gia nh p v i sông Bung. T nh p lưu này sông có tên Vu Gia và ch y theo hư ng Tây-Đông, ñ vào Bi n Đông. 1.1.1. V trí ñ a lý Phía b c giáp huy n Qu Sơn và Nam Giang, phía tây giáp huy n Nam Giang, phía nam là Kon Tum, phía ñông là huy n Trà My và Hi p Đ c. Công trình th y ñi n Đak Mi 4 n m trên sông Đăk Mi thu c huy n Phư c Sơn, T nh Qu ng Nam. D án n m trong gi i h n t a ñ ñ a lý: 15015’ – 15030’ vĩ ñ B c; 107045’ – 107057’ kinh ñ Đông, cách Tam Kỳ kho ng 85 Km theo hư ng Tây B c. 1.1.2. Đ c ñi m ñ a hình Khu v c công trình thu c dãy Trư ng Sơn nên có ñ a hình ph c t p và b phân c t m nh, có ñ a hình khá d c, các sư n có ñ nghiêng t 150- 350 cao ñ bi n thiên t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao trên 1.800 m. Sau khi tích nư c h ch a s làm ng p kho ng 5,5km ÷ 6km ñư ng t nh l 14E và c u Nư c M . 1.1.3.Đi u ki n khí h u và th y văn khu v c 1.1.3.1.Đ c ñi m khí h u -Nhi t ñ không khí: khu v c này nhi t ñ trung bình năm không l n, t i tr m Trà Mi trong kho ng th i gian t năm 1978-2005 là 24,5oC. Các tháng nóng nh t trong năm thư ng là tháng V, VI, VII, tháng l nh nh t thư ng là tháng XII hay tháng I.
4 -Đ m c a không khí: Đ m không khí khu v c khá l n, giá tr trung bình năm t i tr m Trà Mi ñ t 87%, giá tr trung bình tháng gi a các tháng trong năm chênh l ch không nhi u, ñ m l n nh t h u như ñ t 100%, ñ m nh nh t trung bình ñ t 38%. -Mưa: Mùa mưa khu v c này thư ng b t ñ u vào tháng IX và k t thúc vào tháng XII, lư ng mưa 4 tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm. Các tháng V và VI không ph i mùa mưa nhưng thư ng có lư ng mưa khá l n, ñây là nguyên nhân sinh ra lũ ti u mãn khu v c này. -Gió: Các ñ c trưng v gió l y theo tr m Trà Mi, tài li u quan tr c t 1978-2005. Khu v c này có 2 mùa gió rõ r t, t tháng III ñ n tháng VIII hư ng gió th nh hành là Đông và Đông Nam, t tháng IX ñ n tháng II năm sau hư ng gió th nh hành là B c và Đông B c. T c ñ gió trung bình năm là: 2,2 m/s. -B c hơi: Do ñ m không khí l n nên lư ng b c hơi nh . Các tháng mùa mưa có lư ng b c hơi nh và ngư c l i các tháng mùa khô có lư ng b c hơi l n. Lư ng b c hơi Piche t i Trà Mi trung bình năm là: 660 mm. 1.1.3.2.Đ c ñi m dòng ch y Tr m thu văn Thành M trên sông Cái (ph n h du sông Đak Mi) có tài li u dòng ch y th c ño t 1977-2008. Lưu lư ng trung bình tháng, năm 1976 t i tr m Thành M ñư c tính theo tương quan dòng ch y Nông Sơn - Thành M năm 1977. Dòng ch y tháng tr m Thành M ñã b sung năm 1976 như b ng 1.10 . Dòng ch y c a sông Đak Mi và khu v c lân c n có hai mùa rõ r t. Mùa lũ t tháng X ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ng n (ch trong 3 tháng), nhưng lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60% ÷ 70% lư ng nư c c năm. Ngư c l i mùa c n kéo dài t i 9 tháng nhưng ch chi m kho ng 30% ÷ 40% lư ng nư c c năm. Lưu lư ng gi m d n t tháng I ñ n tháng IV, tháng V-VI dòng ch y tăng lên nh mưa ti u mãn. Tháng ki t nh t trong năm thư ng là tháng IV. 1.1.4.Đi u ki n ñ a ch t, th như ng công trình 1.1.4.1.L ch s ñ a ch t 1.1.4.2.Ki n t o 1.1.4.3.Đi u ki n ñ a ch t các tuy n công trình(tuy n ñ p chính và tràn) N n và hai vai ñ p là ñ t ñá thu c h t ng Khâm Đ c, ch y u là ñá phi n th ch anh- mica d ng gneis v i chi u dày t ng ph (là ñ t á sét màu nâu ñ l n ít dăm ñá g c)
5 dày 3-15 m. Ph n lòng sông có l p cu i s i dày 2-5 m ph lên n n ñá ñ i IB b trái. ñ a ch t ñáp ng t t yêu c u xây d ng công trình. 1.1.4.4. Th như ng Các lo i ñá trong khu v c g m ch y u là các ñá bi n ch t gneis và d ng gneiss như gneiss plagiocla, gneiss biotit, dioritgneiss, granitogneiss, amphybol, phi n th ch anh… c a h t ng khâm Đ c, plagioclagranit c a ph c h Chu Lai và các tr m tích ñ t . 1.2.Nguyên nhân hình thành m t s ch ñ gây mưa lũ: Khu v c D án thu c vùng núi th p và chuy n ti p sang vùng núi cao c a dãy Trư ng Sơn, m c ñ phân c t m nh, có ñ a hình khá d c, các sư n có ñ nghiêng t 15- 35o, cao ñ bi n thiên t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao trên 1.800 m. Mùa mưa khu v c này thư ng b t ñ u vào tháng IX và k t thúc vào tháng XII, lư ng mưa 4 tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm. Các tháng V và VI không ph i mùa mưa nhưng thư ng có lư ng mưa khá l n, ñây là nguyên nhân sinh ra lũ ti u mãn khu v c này. Dòng ch y c a sông Đăk Mi và khu v c lân c n có hai mùa rõ r t. Mùa lũ t tháng X ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ng n (ch trong 3 tháng), nhưng lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60÷70% lư ng nư c c năm. Ngư c l i mùa c n kéo dài t i 9 tháng nhưng ch chi m kho ng 30÷40% lư ng nư c c năm. Lưu lư ng gi m d n t tháng I ñ n tháng IV, tháng V-VI dòng ch y tăng lên nh mưa ti u mãn. Tháng ki t nh t trong năm thư ng là tháng IV. 1.3.Hi n tr ng các công trình trong lưu v c 1.3.1.Các nghiên c u trư c ñây Nghiên c u v s d ng ngu n nư c sông Đak Mi ñã ñư c th c hi n t nh ng năm 70 c a th k 20. M t trong nh ng nghiên c u có h th ng ñã ñư c y ban Qu c gia sông Mê Kông th c hi n năm 1972. Đó là “Deck Study for Water Resources Projects in Vietnam”. Theo nghiên c u này, sông Đak Mi ñư c khai thác
6 v i m c ñích năng lư ng g m b n nhà máy th y ñi n Đak Mi 1, 2, 3 và 4 v i các công su t l p ñ t tương ng là 50, 55, 27 và 22 MW. 1.3.2.Các nghiên c u g n ñây Nghiên c u g n ñây là Quy ho ch h th ng sông Vu Gia-Thu B n ñư c Công ty Tư v n Xây d ng Đi n 1 th c hi n t năm 1998 ñ n năm 2003. Theo báo cáo Quy ho ch h th ng sông Vũ Gia – Thu B n này, công trình Đak Mi 4 n m trong h th ng như sau: B ng 1.27.Quy ho ch h th ng sông Vu Gia – Thu B n No Thông Đv Sông Sông Sông A Đak Đak Sông Sông s Bung Bung Gi ng Vương Mi Mi Tranh Côn 2 4 2 1 1 4 2 2 1 MNDBT m 570 230 60 380 820 260 170 312.5 2 MNC m 525 175 50 340 770 220 135 290 3 Nlm MW 100 220 60 210 225 210 135 60 106k 4 Enăm 379 833 231 753 850 787 513 249 Wh 5 B/C - 1.09 1.45 1.04 1.44 1.29 1.36 1.17 1.26 6 EIRR % 11.90 22.77 10.85 20.93 15.92 19.22 13.43 17.82 V i phương án Quy ho ch như trên, công trình Đak Mi 4 có các ch tiêu kinh t tương ñ i t t và ñư c ki n ngh nghiên c u ti p.
7 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI 4 Dòng ch y lũ là dòng ch y thư ng ch ñ không n ñ nh, s dâng lên hay rút xu ng nhanh chóng c a m t tr n lũ k t h p v i ch ñ sóng, gió có nh hư ng r t l n ñ n kh năng ng p lũ. Trong th c t thi t k tính toán, tùy theo công trình cũng như l c lư ng c a các cơ quan tính toán thi t k có th phân ra hai nhóm phương pháp tính: + Chia th i gian tính toán lũ thành nhi u th i ño n tương ng v i th i gian nh và trong t ng th i ño n xem dòng ch y như là dòng ch y n ñ nh. + Tính dòng ch y lũ d a vào các mô hình toán khá t ng quát, bi u di n tương ñ i ñ y ñ tr ng thái chuy n ñ ng c a lũ. 2.1.Tính toán lũ t a dòng ch y n ñ nh Đ ñơn gi n các ñơn v thi t k chia nh th i gian thành nh ng th i ño n nh ∆t t 5 ñ n 10 phút ñ tính toán kh năng ng p lũ. Trong các th i ño n ng n ta xem như m c nư c thư ng và h lưu không ñ i ñ dùng các công th c tính toán th y l c thông thư ng c a dòng ch y n ñ nh ñ tính lưu lư ng qua công trình c n tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. V i cách tính như trên có m t s ñi m không h p lý như sau: + Xem lư ng nư c c a toàn b lưu v c khi mưa t p trung ngay l p t c t i v trí công trình, như v y ñi u này không ñúng v i dòng ch y th c t . + Xem sông Đăk Mi tuy n thư ng ngu n ñ p Đăk Mi 4 có m c nư c n ñ nh không ñ i như m c nư c h ch a trong t ng th i ño n nh là không chính xác. Th c ch t sông Đăk Mi là dòng ch y không n ñ nh có ñ d c m c nư c trong sông. + Xem chênh l ch m c nư c thư ng và h lưu công trình không ñ i trong t ng th i ño n nh là không chính xác. 2.2. Tính toán lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 theo mô hình toán: S d ng mô hình toán mô ph ng quá trình th y l c trong h th ng b ng các phương trình toán h c. Lo i mô hình này có tính m m d o ñáp ng ñư c v i nhi u bài toán kích c khác nhau, ñi u ki n biên khác nhau. V i s phát tri n nhanh chóng c a các th h máy tính, mô hình toán là m t công c m nh, nhanh và kinh t trong vi c tìm ra các l i gi i trong các phương án quy ho ch khác nhau.
8 V m t h c thu t, hi n nay ñã có các mô hình ph c t p, như mô hình m t chi u, hai chi u, ba chi u mô t ñư c dòng ch y th c không n ñ nh trong sông, h . 2.3.Các mô hình toán th y l c tính lũ m t chi u Hi n nay, ñ tính toán th y l c có r t nhi u ph n m m n i ti ng mô ph ng dòng ch y m t chi u trên sông, ch ng h n như nh ng ph n m m sau: Ph n m m MIKE 11 c a Đan M ch (m t chi u – 1D) Ph n m m MACARET c a Pháp (1D) Ph n m m HES- RAS c a M (1D) Ph n m m TELEMAC c a Pháp (1D k t n i v i 2D) Ph n m m SMS c a M (1D k t n i v i 2D),… Các mô hình trên khá m nh, có kh năng mô ph ng các hi n tư ng th y l c ph c t p, có tính t ñ ng hóa cao. Trong nư c, hi n có các ph n m m mô ph ng dòng ch y, m c nư c cũng như n ng ñ m n c a h th ng m ng lư i sông ñ ng b ng như: Mô hình VRSAP c a c Phó Giáo sư Nguy n Như Khuê Mô hình SAL c a Phó Giáo sư Nguy n T t Đ c Mô hình KOD c a Giáo sư Nguy n Ân Niên,… Các mô hình này có ưu ñi m là ñơn gi n, d s d ng. Tuy nhiên, các mô hình này có như c ñi m là không t ng quát, ít m m d o và ñ chính xác không cao. M c ñích c a ñ tài là ng d ng mô hình toán ñ tính dòng ch y không n ñ nh c a sông Đăk Mi t i tuy n thư ng ngu n ñ p Đăk Mi 4. Sông Đăk Mi tuy n thư ng ngu n ñ p Đăk Mi 4 có h s nhám tương ñ i n ñ nh. Khi lũ, m c nư c trong sông và ñ ng g n như n m ngang, v n t c tương ñ i ñ ng ñ u và cùng m t chi u. Qua so sánh các mô hình toán và ñi u ki n áp d ng chúng, ñ tài ch n mô hình Hec- Ras (1D) version 4.0 c a Hoa Kỳ ñ tính toán ki m tra kh năng ng p lũ c a vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. Hec- Ras (1D) version 4.0 ñã ñư c phân ph i mi n phí, s d ng thân thi n và có kh năng mô ph ng t t dòng ch y c a các khu tr ven b , ñ ng ru ng và công trình. 2.4.Mô hình tính toán dòng ch y ñ n Lưu lư ng ñ n t i biên c a bài toán th y l c t mưa ñư c mô hình hóa b ng toán h c, ñư c g i là mô hình toán dòng ch y ñ n. Riêng lưu lư ng b sung d c sông và khu tr v i chi u dài t p trung dòng ch y không l n l m, di n tích h ng nư c là
9 ñ ng ru ng tương ñ i ph ng nên có th xem mô hình mưa phân b ñ u, lưu lư ng b sung không thay ñ i. Mô hình hóa dòng ch y là m t phương pháp khoa h c ñ y hi u l c giúp cho chúng ta xâm nh p sâu vào b n ch t t nhiên c a dòng ch y. Hi n nay có hàng trăm mô hình dòng ch y, nhưng có th th ng nh t tách ra hai lo i mô hình phân bi t (mô hình t t ñ nh và mô hình ng u nhiên). Dù b n ch t c a dòng ch y là ng u nhiên, nhưng cũng th a nh n t n t i nh ng giai ño n hình thành dòng ch y trong ñó nh ng thành ph n t t ñ nh ñóng vai trò ch y u.
10 CHƯƠNG 3: NG D NG MÔ HÌNH HEC – RAS TÍNH NG P LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI 4 3.1. Mô hình toán Hec-Ras Lu n văn áp d ng mô hình Hec-Ras 4.0 do quân ñ i Hoa kỳ xây d ng và phát tri n. Đây là mô hình toán m t chi u (1D) bao g m hai ph n: mô hình th y l c và mô hình truy n ch t. HEC-RAS ñư c xây d ng ñ trình di n quá trình tính thu l c m t chi u cho m ng lư i sông su i t nhiên hay các kênh nhân t o. Mô hình này có kh năng t ñ ng hóa cao trong vi c nh p s li u, n i suy m t c t ngang; ñư c dùng ñ tính toán m c nư c, lưu lư ng, s xâm nh p m n vùng sông nh hư ng tri u, v n chuy n bùn cát trên sông; mô hình toán này gi i h phương trình Saint – Venant m t chi u trên h th ng sông, kênh h và phương trình truy n ch t. Ngoài ra mô hình còn dùng ñ tính toán thêm m t s y u t ch t lư ng nư c như lan truy n ch t dinh dư ng, các ch t hoà tan... 3.2.H phương trình cơ b n s d ng trong Hec – ras 3.2.1. Phương trình liên t c Phương trình liên t c mô t ñ nh lu t b o toàn kh i lư ng cho bài toán m t chi u: ∂A ∂S ∂Q + + − ql = 0 (3.7) ∂t ∂t ∂x Trong ñó : x : Kho ng cách d c theo sông t : Th i gian Q : Lưu lư ng A : Di n tích m t c t ngang S : Lư ng tr ql : Lưu lư ng ch y vào t bên, trên m t ñơn v chi u dài Phương trình trên có th ñư c vi t cho lòng d n và bãi ∂Qc ∂Ac + = qf (3.8) ∂x c ∂t
11 ∂Q f ∂A f ∂S và + + = qc + ql (3.9) ∂x f ∂t ∂t Các ch s dư i c và f bi u th dòng chính và dòng bãi, ql là dòng ch y bên trên m t ñơn v chi u dài dòng bãi, và ql là lư ng trao ñ i nư c gi a lòng d n và bãi. Hai phương trình (3.8) và (3.9) ñư c `x p x b ng cách s d ng sơ ñ sai phân n, thay các phương trình (3.4) ñ n (3.6) vào hai phương trình trên: ∆Qc ∆Ac − + =qf (3.10) ∆x c ∆t ∆Qt ∆At ∆S − − + + = qc + q f (3.11) ∆x1 ∆t ∆t S trao ñ i kh i lư ng thì b ng nhau nhưng khác d u, do ñó : ∆xc qc = -qf ∆xƒ (3.12) Thay vào phương trình (3.10) và (3.11) : ∆Ac ∆A f ∆S ∆Q + ∆xc + ∆x f + ∆x f − Ql = 0 (3.13) ∆t ∆t ∆t Trong ñó : Ql : Lưu lư ng trung bình dòng ch y bên 3.2.2. Phương trình ñ ng lư ng Phương trình ñ ng lư ng xu t phát t ñ nh lu t bi n thiên ñ ng lư ng ∂Q ∂ (VQ)  ∂z  + + gA + S f  = 0 (3.14) ∂t ∂x  ∂x  Trong ñó : g : Gia t c tr ng trư ng Sf : Đ d c th y l c V :V nt c Phương trình trên có th ñư c vi t cho dòng chính và bãi : ∂Qc ∂ (Vc Qc )  ∂z  + + gAc   ∂x + S fc  = M f  (3.15) ∂t ∂xc  c  ∂Q f ∂ (V f Q f )  ∂z  + + gA f  + S ff  = Mc (3.16) ∂t ∂x f  ∂x   f 
12 Trong ñó Mc và Mf là nh ng dòng ñ ng lư ng trên m t ñơn v chi u dài trao ñ i tương ng gi a dòng chính và bãi. Trong nh ng phương trình này gi thi t ñư c s d ng là m t nư c n m ngang và m t c t ư t vuông góc v i phương dòng ch y. B i v y ñ cao m t nư c là như nhau cho dòng chính và bãi t i m t m t c t xác ñ nh. D ng sai phân c a các phương trình (3.15) và (3.16) là : ∆Qc ∆(Vc Qc )  ∆z  + + gAc   ∆x + S fc  = M f  (3.17) ∆t ∆xc  c  ∆Q f ∆(V f Q f )  ∆z  + + gA f  + S ff  = Mc (3.18) ∆t ∆x f  ∆x   f  S trao ñ i năng lư ng ph i b ng nhau nhưng khác d u : ∆xc Mc = - ∆xf Mf C ng hai phương trình trên và s p x p l i ta ñư c : ∆ (Qc ∆xc + Q f .∆x f ) + ∆(Vc Qc ) + ∆(V f Q f ) + g (Ac + A f )∆z + gAc .S fc .∆xc + gA f .S ff .∆x f = 0 ∆t (3.19) Hai thông s cu i cùng là l c ma sát do b tác d ng lên ch t l ng. Thành ph n l c này có th vi t l i dư i d ng tương ñương : gA.S f .∆xc = gAc .S fc .∆xc + gA f .S ff .∆x f (3.20) Trong ñó : ∆xc : Chi u dài dòng ch y tương ñương Sf : Đ d c th y l c cho toàn b m t c t, − − A = Ac + A f V y thông s ñ i lưu có th ñư c vi t l i thông qua vi c xác ñ nh h s phân b lưu t c : β= (v . A 2 c c + v 2 .Af f ) = (v .Q c c + v f .Q f ) (3.21) 2 v .A Q.v Do ñó : ∆(β .v.Q ) = ∆(vc .Qc ) + ∆(v f .Q f ) (3.22) D ng cu i cùng c a phương trình ñ ng lư ng là :
13 ∆ (Qc ∆xc + Q f .∆x f ) ∆(β .v.Q )  ∆z  + + gA   ∆x + S f =0  (3.23) ∆t.∆xc ∆xc  c  3.3.Phương hư ng gi i h phương trình cơ b n s d ng trong Hec–ras 3.3.1. Tuy n tính hóa phương trình sai phân h u h n * Các gi thi t : 1. N u ƒ x ƒ >> ∆ƒ x ∆ƒ thì ∆ƒ x ∆ƒ = 0 ( theo Preissmann nêu trong báo cáo Liggett và Cunge, 1975) 2. N u g = g(Q,z) thì ∆g có th ñư c x p x b ng s h ng ñ u c a chu i  ∂g   ∂g  Taylor: ∆g l =   ∂Q  ∆Qi +  ∂z  ∆z i   j  i 3. N u bư c th i gian, ∆t nh , có th coi như giá tr c a các bi n là không ñ i ; do ñó h n +1 ≈ h n và ∆hƒ ≈ 0 f f Gi thi t 2 ñư c ng d ng cho ñ d c th y l c Sf và di n tích A. Gi thi t 3 ñư c ng d ng cho v n t c v, trong s h ng ñ i lưu; h s phân b v n t c β, chi u dài dòng ch y tương ñương x, và h s phân b lưu lư ng φ. 3.3.2. H s phân ph i dòng ch y C n ph i xác ñ nh s phân ph i lưu lư ng gi a dòng chính và bãi. Ph n dòng ch y trong sông ñư c xác ñ nh như sau: Qcj φj = (3.30) Qcj + Q fj Fread (1976) gi thi t r ng ñ d c th y l c gi a dòng chính và bãi là tương t nhau, do ñó s phân ph i lưu lư ng ñư c chia theo t l c a mô ñun lưu lư ng. Do ñó trong mô hình Hec-Ras h s phân ph i xác ñ nh : K cj φj = (3.31) K cj + K fj 3.3.3. Chi u dài dòng ch y tương ñương Ac S fc ∆xc + A f S ff ∆x f ∆xe = (3.32) AS f Theo Fread h s phân ph i lưu lư ng trung bình c a ño n:
14 − − Kc φ= − − , Kc+ Kf − − A c ∆x c + A f ∆x f Thì: ∆x c = − A V y ∆xc ñư c xác ñ nh : (A + Acj +1 )∆xcj + (A fj + A fj +1 )∆x fj ∆xe = cj A j + A j +1 (3.33) 3.3.4.Đi u ki n biên Theo sơ ñ sai phân v i m t ño n sông có N nút tính toán có N-1 ph n t sai phân h u h n nên ch có 2N-2 phương trình sai phân. S n (∆Q và ∆z) cho m i nút là 2N n s , nên c n ph i có thêm hai phương trình n a. Vì v y t i m i nhánh, v i dòng ch y xi t ñòi h i 2 ñi u ki n biên thư ng lưu nhánh. V i dòng ch y êm yêu c u 1 ñi u ki n biên thư ng lưu và 1 ñi u ki n biên h lưu. 3.3.4.1. Đi u ki n biên phía trong (cho k t n i nhánh ) 3.3.4.2.Đi u ki n biên thư ng lưu 3.3.4.3.Đi u ki n biên h lưu 3.3.5.Đi u ki n ban ñ u Bên c nh ñi u ki n biên, c n ph i ñưa vào ñi u ki n ban ñ u c a h th ng t i th i ñi m b t ñ u c a quá trình mô ph ng dòng ch y không n ñ nh. Đi u ki n ban ñ u bao g m các giá tr v m c nư c và lưu lư ng t i m i m t c t, cũng như cao ñ m c nư c c a các ô ru ng. Chương trình HecRas 4.0 cho phép nh p ñi u ki n ban ñ u theo hai cách: + Vào d li u v lưu lư ng t i th i ñi m ban ñ u c a m i nhánh. Chương trình s tính toán giá tr m c nư c và lưu lư ng t i các m t c t tương ng v i dòng ch y n ñ nh. + Nh p tr c ti p giá tr v m c nư c và lưu lư ng t i các m t c t. Cách này thư ng dùng khi mô ph ng dòng ch y không n ñ nh trong th i gian dài, ph i chia ra làm nhi u th i ño n ñ tính toán. Khi ñó, giá tr th i ño n cu i c a th i ño n trư c ñư c s d ng làm ñi u ki n biên c a th i ño n k ti p.
15 3.4. Áp d ng tính toán cho dòng ch y lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c ĐăkMi4: *Sơ ñ tính toán: Hình 3.6: Sơ ñ v trí các nhánh sông, su i tính toán Hình 3.7: Sơ ñ mô hình hóa v trí các nhánh sông tính toán
16 T chương trình, tác gi ñã xây d ng mô hình 3D công trình th y ñi n Đăk Mi 4 ng v i m c nư c max p = 0,5% bi u di n hình 3.8 Hình 3.8: Mô hình 3D công trình th y ñi n Đăk Mi 4 ng v i m c nư c max p = 0,5% * K t qu tính toán: M ng lư i sông Đăk Mi v i các sông su i và các công trình trên sông ñã t o thành m t h th ng cùng các ñi u ki n biên và chương trình HEC – RAS gi i cho giá tr m c nư c và lưu lư ng t i t ng m t c t sông. K t qu tính toán các giá tr c a các m t c t t i th i ñi m c t nư c l n nh t ñư c trình bày b ng PL 1.1 ( ph l c 1) và ñư ng m c nư c l n nh t Hmax ng v i t n su t 0,5% d c sông phía thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 tính theo ph n m m HEC – RAS th hi n hình 3.9.
17 Hình 3.9: Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 tính theo ph n m m HEC – RAS K t qu tính toán giá tr lưu lư ng, c t nư c và v n t c t i m t c t ngay trư c ñ p Đăk Mi 4 ( m t c t 1, ño n 2 ) ñư c cho b ng 3.5. B ng 3.5: Giá tr lưu lư ng, c t nư c và v n t c t i m t c t ngay trư c ñ p ĐăkMi 4 Lũ ng v i t n STT Ch tiêu Đơn v su t p = 0,5% Giá tr ng v i m c nư c l n nh t A Hmax (11h, 23/10/1998) 1 Lưu lư ng Q m3/s 5300,25 2 V nt cV m/s 0,26 3 Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax m 258,02 Giá tr lưu lư ng, m c nư c l n nh t B (12h, 23/10/1998) 1 Lưu lư ng Q m3/s 9432,55 2 V nt cV m/s 0,49 3 Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax m 254,55 C Th i gian t Hmax ñ t ñ n Qmax Gi 1
18 Đư ng m c nư c l n nh t ng v i t n su t 0,5% t i m t c t ngay trư c ñ p Đăk Mi 4 ( m t c t 1, ño n 2, sông Đăk Mi) tính theo ph n m m HEC – RAS th hi n trên hình 3.10 và ph l c 2. Hình 3.10: C t nư c Hmax t i m t c t ngang thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 ( m t c t 1, ño n 2 ) tính theo ph n m m HEC – RAS Theo k t qu t chương trình ghi b ng 3.5, ta th y giá tr lưu lư ng, các bi u ñ quan h lưu lư ng và m c nư c t i m t c t s 1, thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 ng v i t ng gi ñư c cho hình 3.11