Luận văn:Nghiên cứu thoát lũ và tiêu úng vùng hạ lưu sông Bồ

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

82
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài thủy văn TGLX đã xây dựng được một mạng lưới trạm đo đạc các yếu tố thủy văn trên các tuyến biên vào và biên ra bao quanh tứ giác, cùng các tuyến dọc - ngang trong nội đồng, đảm bảo quan trắc được đầy đủ về độ lớn, về phân bố theo không gian, về xu thế vận động của dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt, dòng chảy phù sa, dòng chua phèn, dòng triều, dòng mặn diễn ra trong tứ giác....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu thoát lũ và tiêu úng vùng hạ lưu sông Bồ

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N MINH KHOA NGHIÊN C U THOÁT LŨ VÀ TIÊU ÚNG VÙNG H LƯU SÔNG B 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 - Năm 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 ñư c b o v trư c 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 06 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.
3 M Đ U 1. Tính c p thi t c a ñ tài Vùng h lưu sông B ph n l n thu c ñ a gi i hành chính các xã Qu ng Vinh, Qu ng Phú, th tr n S a, Qu ng Phư c, Qu ng An và Qu ng Thành huy n Qu ng Đi n t nh Th a Thiên Hu , có v trí ñ a lý kéo dài t 16030'51" ñ n 16036'00” vĩ ñ B c và 107027'30" ñ n 107034'54" kinh ñ Đông. Ranh gi i phía B c giáp phá Tam Giang, phía Nam và phía Tây giáp huy n Phong Đi n, phía Đông giáp huy n Hương Trà t nh Th a Thiên Hu . Đây là m t vùng t p trung dân cư ñông ñúc b i l ñây là là trung tâm hành chính c a huy n Qu ng Đi n, ru ng ñ ng phì nhiêu và khá màu m . M t th c tr ng thư ng xuyên di n ra ñây là ngư i dân ph i ñi l i b ng ghe xu ng trong mùa mưa do giao thông b b ng p h u như toàn vùng m i khi có lũ v . Bên c nh ñó, khi lũ các vùng khác ñã rút xu ng thì vùng này v n b ng p kéo dài hơn vài ngày, sinh ho t và mùa màng c a ngư i dân l i càng khó khăn hơn; Đ tài nghiên c u n y cũng là cơ s ñ nghiên c u k hơn cho các vùng ñ ng b ng lân c n trong d i ñ ng b ng ven phá Tam Giang c a t nh Th a Thiên Hu sau này. Vì v y v n ñ thoát lũ và tiêu úng nhanh cho khu v c này là h t s c c n thi t và c p bách. 2. M c ñích nghiên c u c a ñ tài Lu n văn mô ph ng m t s tr n lũ th c t hi n nay, trên cơ s ñó có th sơ b ñ ra bi n pháp công trình nh m rút ng n t i ña th i gian thoát lũ, xóa d n hi n tư ng ng p úng kéo dài, nâng cao ñ i s ng sinh ho t c a ngư i dân và gi m thi u thi t h i mùa màng.
4 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u c a ñ tài - Lu n văn ch mô ph ng các tr n lũ trong ph m vi vùng h lưu sông B thu c huy n Qu ng Đi n. - Ch mô ph ng các tr n lũ nh nhưng th i gian ng p kéo dài, các tr n lũ l n thì không ch khu v c h lưu sông B mà các vùng lân c n ñ u b ng p nên vi c tính toán không có ý nghĩa; do ñó lu n văn không ñ c p ñ n. 4. Phương pháp nghiên c u c a ñ tài S d ng phương pháp phân tích t ng h p v lý thuy t dòng ch y không n ñ nh trong sông thiên nhiên; thu th p tài li u kh o sát ñ a hình, ñ a ch t, th như ng, th y văn, dòng ch y, t ñó l a ch n mô hình tính toán phù h p v i ñ c ñi m lũ ñ ng b ng th p trũng và các ñi u ki n c th c a vùng h lưu sông B . 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Vi c nghiên c u m t cách có khoa h c ch ñ thoát lũ c a h th ng là m t v n ñ h t s c ý nghĩa cho th c t . D a trên k t qu ñ t ñư c c a ñ tài là gi m thi u t i ña th i gian thoát lũ ñ ñưa ra bi n pháp công trình sơ b , làm cơ s l p các d án c i t o h th ng sông và các công trình trong vùng có hi u qu , t ñó c i thi n ñi u ki n sinh ho t cho ngư i dân trong vùng. 6. C u trúc c a lu n văn Lu n văn g m có ph n m ñ u, 3 chương ph n k t lu n - ki n ngh và t p ph l c như sau: - Chương 1: Đ c ñi m v ñi u ki n t nhiên và tình hình khai thác tài nguyên nư c sông B . N i dung nói v v trí ñ a lý, ñi u ki n ñ a hình, ñ a ch t - th như ng, ñ c ñi m khí tư ng - th y
5 văn, hi n tr ng s d ng ñ t, hi n tr ng th y l i, tình hình khai thác tài nguyên nư c sông B . - Chương 2: Gi i thi u m t s phương pháp và mô hình tính lũ ñ ng b ng. N i dung mô t m t s phương pháp tính lũ trư c ñây, các mô hình tính lũ hi n nay trên th gi i và c a Vi t Nam. Gi i thi u v mô hình HEC-RAS và WMS ng d ng trong lu n văn. - Chương 3: ng d ng mô hình th y l c HEC-RAS tính dòng ch y lũ k t h p v i mô hình WMS mô ph ng lũ ñ ng b ng vùng h lưu sông B . N i dung mô t lý thuy t v mô hình HEC- RAS, các phương trình cơ b n c a mô hình và phương pháp gi i, ng d ng ñ gi i bài toán h lưu sông B .
6 CHƯƠNG 1 Đ C ĐI M V ĐI U KI N T NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC TÀI NGUYÊN NƯ C SÔNG B 1.1 M t s ñ c ñi m v ñi u ki n t nhiên 1.1.1 V trí ñ a lý Khu v c nghiên c u ch y u là khu v c h lưu sông B , b t ñ u t c u An L v ñ n ñê ICCO giáp phá Tam Giang. T a ñ nghiên c u: T 16030'51" ñ n 16036'00” vĩ ñ B c và t 107027'30" ñ n 107034'54" kinh ñ Đông. 1.1.2 Đ c ñi m ñ a hình Di n tích lưu v c sông B tính ñ n phá Tam Giang là 818 km2 và di n tích lưu v c h Bàu Niên và Bàu Sen là 29km2. Hình 1.1 B n ñ khu v c h lưu sông B
7 Khu v c nghiên c u có ñ a hình tương ñ i b ng ph ng, ñ d c bình quân không l n, kho ng 0,3%o ÷ 0,4%o. Cao ñ ñ a hình t +4,0m t i An L th p d n ñ n -0,2m t i các vùng ru ng sát phá Tam Giang. Cu i lưu v c ngăn cách v i phá Tam Giang là tuy n ñê ICCO ngăn m n. Chính do ñ a hình b ng ph ng và th p trũng như v y, k t h p v i s c n tr m t ph n c a tuy n ñê ICCO nên ñây là nơi t p trung lũ c a toàn vùng. 1.1.3 Đ c ñi m ñ a ch t - th như ng 1.1.3.1 Đ a ch t 1.1.3.2 Th như ng 1.1.4 Đ c ñi m khí tư ng - th y văn 1.1.4.1 M ng lư i tr m ño ñ c 1.1.4.2 Đ c trưng khí tư ng 1.1.4.3 Đ c trưng thu văn a) Đ c ñi m sông ngòi Sông B chia làm 2 nhánh t i v trí c u Thanh Lương: - Nhánh 1 ch y theo hư ng Đông t o thành 3 chi lưu ñ v phá Tam Giang là hói Diên H ng, hói An Xuân và hói Kim Đôi. Chi u dài nhánh t c u An L v ñ n phá Tam Giang theo hói An Xuân kho ng 17km. Đây là nhánh sông chính trong khu v c nghiên c u do ñ ng ru ng và dân cư t p trung h u h t d c theo các chi lưu này. Vì v y m c nư c sông thay ñ i có nh hư ng r t l n ñ n toàn khu v c. - Nhánh 2 ch y theo hư ng Đông Nam r i ñ i vào sông Hương ngã ba Sình, g n cu i nhánh cũng tách thêm 2 chi lưu nh ñ vào hói Kim Đôi. Chi u dài nhánh sông này t c u Thanh Lương v ñ n
8 ngã ba Sình kho ng 15km. B h u c a nhánh thu c ñ a ph n huy n Hương Trà. Ngoài ra còn có hói Ch Nang và hói Phương Th nh là kênh thoát lũ c a h Bàu Niên và h Bàu Sen, hói U t M u tiêu thoát lũ cho vùng ñ i cát phía B c lưu v c. Hai hói này ñ v giáp v i sông B c u Th L thu c hói Diên H ng. Nhìn chung h th ng sông trong khu v c có ñ d c nh , bình quân kho ng 0,35%o, cao ñ d c d n t Tây sang Đông (phá Tam Giang). M t ñ c ñi m c a h th ng sông trong lưu v c này là sông ñư c phân b theo hình xương cá ngư c, sông b chia thành nhi u chi lưu nh trư c khi ñ vào phá Tam Giang. M t c t c a các chi lưu này h u h t ñ u b th t l i ño n cu i, ñây là m t nguyên nhân gây ch m thoát vào mùa lũ. b) Các ñ c trưng thu văn 1.2 Hi n tr ng s d ng ñ t c a khu v c 1.3 Hi n tr ng các công trình th y l i trong vùng 1.4 Tình hình nghiên c u và khai thác tài nguyên nư c trong vùng Ngu n nư c tư i và sinh ho t trong vùng l y ch y u t sông B qua h th ng các tr m bơm tư i d c theo sông và các chi lưu c a sông. Hi n t i ngu n nư c này còn c p cho nuôi tr ng th y s n vùng ñ m phá Tam Giang. Lưu lư ng c a sông B ñ m b o cơ b n cho tr ng tr t và chăn nuôi trong vùng. Giai ño n nghiên c u trư c ñây Các nghiên c u trư c ñây trong vùng ch y u t p trung vào bi n pháp công trình riêng l nên không ñánh giá ñư c toàn h th ng, c
9 v tư i và tiêu thoát lũ. B sông B ñư c xây d ng nhi u ño n kè ñ ch ng xói l c c b , nhưng chưa ñánh giá ñư c nguyên nhân và m c ñ gây xói l nên chưa có bi n pháp t ng th . Hư ng nghiên c u c a ñ tài Lu n văn mô ph ng l i m t s tr n lũ th c t ñã x y ra trong vùng ng v i h th ng sông ngòi hi n t i, t ñó ñưa ra bi n pháp công trình ñ c i thi n h th ng sông ngòi này nh m gi m th i gian tiêu úng và thoát lũ.
10 CHƯƠNG 2 GI I THI U M T S PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH TÍNH LŨ Đ NG B NG 2.1 Các nghiên c u tính toán lũ trư c ñây c a ñơn v thi t k 2.2 Gi i thi u m t s mô hình toán tính lũ ñ ng b ng 2.3 Các mô hình toán th y l c tính lũ trên th gi i Trên th gi i hi n nay có nhi u mô hình tính th y l c n i ti ng mô ph ng dòng ch y trên sông, như Mike11 c a Đan M ch (1D), Macaret c a Pháp (1D), HEC-RAS c a quân ñ i M (1D), WMS c a Đ i h c Young, Telemac c a Pháp (2D), SMS c a M (2D),... Đ tài lu n văn c a tác gi là ng d ng mô hình toán ñ tính lũ ñ ng b ng khu v c h lưu sông B . Qua so sánh các mô hình toán, lu n văn ch n mô hình HEC- RAS k t h p v i mô hình WMS ñ tính toán, vì: Mô hình HEC-RAS ñáp ng ñư c các yêu c u tính toán tiêu thoát lũ, giao di n thân thi n, có kh năng t ñ ng hóa tính toán cao, ngoài ra có m t ưu ñi m n i b t n a ñó là ph n m m mi n phí. K t h p v i WMS, ta có th tính th y văn, cũng như t ñ ng mô ph ng lũ trên toàn vùng nghiên c u 2.4 Mô hình hóa lũ ñ ng b ng b ng mô hình WMS V i HEC-RAS, ta ch tính toán ñư c th y l c nhưng ñ th hi n s phân b lũ trên toàn b lưu v c thì không th ñư c. Đ gi i quy t ñư c v n ñ này tác gi s d ng mô hình WMS c a M t ñ ng mô ph ng toàn b lũ trên lưu v c t k t qu tính th y l c c a HEC- RAS.
11 CHƯƠNG 3 NG D NG MÔ HÌNH TH Y L C HEC-RAS TÍNH DÒNG CH Y LŨ K T H P V I MÔ HÌNH WMS MÔ PH NG LŨ Đ NG B NG VÙNG H LƯU SÔNG B 3.1 Mô hình HEC-RAS Lu n văn s d ng mô hình HEC-RAS phiên b n 4.0 năm 2008 do quân ñ i M xây d ng và phát tri n. Mô hình có kh năng mô ph ng chi ti t m ng lư i kênh sông: Lòng sông, bãi sông, các ô ru ng; các k t c u th y l c trên sông như ñ p tràn, c ng, c u,... Đ có th mô ph ng ñư c tr n lũ c n s d ng bài toán dòng ch y không n ñ nh ñ tính th y l c m ng lư i sông trong khu v c. 3.2 H phương trình cơ b n 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 h m t chi u như sau: ∂A ∂S ∂Q + + − ql = 0 (3.7) ∂t ∂t ∂x 3.2.2 Phương trình ñ ng lư ng Các tr ng thái c a phương trình ñ ng lư ng bi u th t c ñ thay ñ i ñ ng lư ng là b ng ngo i l c tác ñ ng lên h th ng. Đ i v i m t kênh ñơn có: ∂Q ∂( VQ)  ∂z  + + gA + Sf  = 0 (3.14) ∂t ∂x  ∂x 
12 3.2.3 Thành ph n l c tác d ng thêm vào 3.2.4 Đ ng lư ng thêm vào c a dòng ch y bên 3.3 Phương hư ng gi i h phương trình chuy n ñ ng ch y không n ñ nh Phương trình (3.7) và (3.14) là các phương trình phi tuy n. N u s d ng sơ ñ sai phân h u h n n thì ta thu ñư c h phương trình ñ i s phi tuy n m t cách tr c ti p. Amain và Fang (1970), Fread (1974,1976) ñã gi i h phương trình phi tuy n b ng cách s d ng k thu t l p c a Newton -Raphson. Ngoài vi c gi i tương ñ i ch m, sơ ñ l p có th không h i t t i nh ng nơi dòng sông không liên t c v hình h c. Đ tránh ph i gi i h phương trình phi tuy n, Preissmann (nêu trong báo cáo c a Liggett và Cunge, 1975) và Chen (1973) ñã phát tri n k thu t tuy n tính hóa các phương trình. Dư i ñây mô t cách tuy n tính hoá các phương trình sai phân h u h n trong HEC- RAS. 3.3.1 Tuy n tính hóa phương trình sai phân h u h n n 3.3.2 H s phân ph i dòng ch y 3.3.3 Chi u dài dòng ch y tương ñương 3.3.4 Đi u ki n biên 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 Đi u ki n biên thư ng lưu ñư c yêu c u t i thư ng lưu c a t t c các nhánh mà không ñư c k t n i v i các nhánh khác ho c v i các khu ch a. M t ñi u ki n biên thư ng lưu ñư c áp d ng như m t ñư ng quá trình lưu lư ng theo th i gian.
13 3.3.4.3 Đi u ki n biên h lưu Đ i v i h th ng sông trong khu v c này, tác gi ch n biên h lưu là ñ sâu bình thư ng (Normal Depth). 3.3.5 Đi u ki n ban ñ u Trong lu n văn này, s d ng 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 không n ñ nh. 3.4 Áp d ng tính toán cho dòng ch y lũ h th ng sông khu v c h lưu sông B 3.4.1 Gi i h n tính toán Lu n văn tính toán dòng ch y không n ñ nh trong h th ng v i biên trên là c u An L trên sông B , h lưu h Bàu Niên ñ u hói Ch Nang, h Bàu Sen ñ u hói Phương Th nh và ñ u hói U t M u, biên dư i là cu i sông B t i các chi lưu c a nhánh 1 giáp phá Tam Giang và giáp sông Hương t i ngã ba Sình c a nhánh 2. 3.4.2 Tài li u cơ b n 3.4.3 Thi t l p sơ ñ tính toán Như ñã gi i thi u chương 2, tác gi ñã s d ng mô hình WMS ñ có th mô ph ng ñư c tr n lũ ñ ng b ng sau khi tính th y l c b ng mô hình HEC-RAS. D li u hình h c và ñ nhám ñư c thi t l p t WMS, sau ñó chuy n sang HEC-RAS ñ tính th y l c. Sau khi tính th y l c xong l i chuy n v WMS ñ th c hi n mô ph ng lũ ñ ng b ng. Sơ ñ tính toán thu l c bao g m:
14 * Biên trên: Đư ng quá trình lưu lư ng (Flow Hydrograph) c a lưu v c sông B t i c u An L , ñư ng quá trình lưu lư ng c a lưu v c h Bàu Niên t i Nam Dương, h Bàu Sen t i Cao Bang và ñ u hói U t M u t i Tri u Dương. * Biên dư i: Đ d c th y l c (Normal Depth) c a các chi lưu có c a ra giáp phá Tam Giang và sông B nhánh 2. * Sơ ñ m ng lư i sông trong HEC-RAS: M ng sông tính toán bao g m 2 nhánh chính c a sông B , 15 nhánh hói nh và chi lưu khác giao v i nhau t o nên 41 ño n sông. * Đi u ki n ban ñ u: Đi u ki n ban ñ u trong mô hình ñư c yêu c u là lưu lư ng ban ñ u ñư c thi t l p cho t t c các ño n sông. * Trư ng h p tính toán: Tác gi tính toán cho 3 tr n lũ tháng 9- 2009, tháng 10 - 2009 và tháng 10 - 2010, m i tr n lũ ñưa ra 2 trư ng h p tính toán: - Trư ng h p 1 (tr n lũ th c t ): tương ng v i ñi u ki n t nhiên, ñi u ki n ñ a hình th c t . - Trư ng h p 2 (tr n lũ thi t k ): ñi u ki n ñ a hình ñã ñư c hi u ch nh m t s ñi m, c th ñây là m r ng m t c t ngang, nâng cao b m t s ño n, n o vét ñ thông thoáng lòng sông. C th ñây là m r ng m t c t các tuy n hói B ch Đ ng, An Xuân, Phư c Lý, M Xá 1, M Xá 2, Diên H ng, là các chi lưu c a sông B giáp v i phá Tam Giang. 3.4.4 K t qu tính toán 3.4.4.1 Lưu lư ng và m c nư c mô ph ng tr n lũ tháng 10-2010
15 B ng 3.6 Giá tr lưu lư ng và m c nư c mô ph ng tr n lũ th c tháng 10-2010 m t s ño n sông TT Đo n sông Qmax Hmax Qmin Hmin 3 (m /s) (m) (m3/s) (m) 1 Sông B - Qu ng Phú 1118.0 4.06 150.0 0.75 2 Sông B - An Xuân 1 117.2 2.63 17.3 0.72 3 Ch Nang - Th L 127.4 3.36 13.9 0.59 4 Diên H ng - Th L 236.0 3.15 24.9 0.59 B ng 3.7 Giá tr lưu lư ng và m c nư c mô ph ng tr n lũ tháng 10-2010 ñã hi u ch nh các thông s m t s ño n sông TT Đo n sông Qmax Hmax Qmin Hmin 3 (m /s) (m) (m3/s) (m) 1 Sông B - Qu ng Phú 1118.0 4.01 150.0 0.56 2 Sông B - An Xuân 1 131.2 2.60 16.6 0.37 3 Ch Nang - Th L 148.9 2.50 14.0 0.08 4 Diên H ng - Th L 302.4 2.56 52.3 0.05 B ng 3.8 Giá tr lưu lư ng và m c nư c mô ph ng tr n lũ th c tháng 10-2009 m t s ño n sông TT Đo n sông Qmax Hmax Qmin Hmin (m3/s) (m) (m3/s) (m) 1 Sông B - Qu ng Phú 635.0 2.74 201.0 1.11 Sông B - Thanh 2 Lương 263.9 2.71 107.6 1.09 3 Ch Nang - Đ ng Lâm 61.6 2.30 9.3 1.18 4 Diên H ng - Th L 70.5 2.18 18.2 0.90
16 B ng 3.9 Giá tr lưu lư ng và m c nư c mô ph ng tr n lũ tháng 10-2009 ñã hi u ch nh các thông s m t s ño n sông TT Đo n sông Qmax Hmax Qmin Hmin (m3/s) (m) (m3/s) (m) 1 Sông B - Qu ng Phú 635.0 2.69 201.0 0.93 Sông B - Thanh 2 Lương 249.9 2.60 94.3 0.90 3 Ch Nang - Đ ng Lâm 63.7 2.11 10.0 0.99 4 Diên H ng - Th L 187.2 1.69 68.0 0.35 Diên H ng - Th ch 5 Bình 84.7 1.59 32.0 0.30 3.4.4.2 Các bi u ñ quan h lưu lư ng và m c nư c các nhánh sông trong tr n lũ tháng 10-2010 a. Lũ th c b. Lũ thi t k
17 Hình 3.7: Quan h Q ~ t và H ~ t c a sông B - ño n Qu ng Phú a. Lũ th c b. Lũ thi t k Hình 3.8: Quan h Q ~ t và H ~ t c a sông B - ño n An Xuân 3.4.4.3 Mô ph ng tr n lũ tháng 10-2010 trong WMS Hình 3.16: Tr n lũ th c t ngày 04-10, m c nư c l n nh t lúc 18h
18 Hình 3.17: Tr n lũ th c t ngày 09-10, m c nư c H ≈ 0,7m lúc 06h. Hình 3.18: Tr n lũ thi t k ngày 10-10, m c nư c th p nh t lúc 18h.
19 Hình 3.19: Tr n lũ thi t k ngày 04-10, m c nư c l n nh t lúc 18h 3.4.4.4 Các bi u ñ quan h lưu lư ng và m c nư c các nhánh sông trong tr n lũ tháng 10-2009 a. Lũ th c
20 b. Lũ thi t k Hình 3.22: Quan h Q ~ t và H ~ t c a hói Ch Nang - ño n Đ ng Lâm 3.4.4.5 Mô ph ng tr n lũ tháng 10-2009 trong WMS Hình 3.29: Tr n lũ th c t ngày 24-10, m c nư c l n nh t lúc 09h.