Luận văn thạc sĩ " Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong lịch sử tồn tại và phát triển của dân tộc ta, lũ lụt luôn là mối đe dọa hàng đầu và đã gây ra nhiều thiệt hại về người và của cải. Cùng với sự tăng trưởng của các ngành kinh tế, đòi hỏi mức độ an toàn chống lũ lụt ngày càng cao và hạn chế tối đa thiệt hại. Hệ thống sông H ơng - tỉnh Thừa Thiên Huế bắt nguồn từ phía Đông dãy Trờng Sơn và núi Bạch Mã, dòng chính chảy theo hớng Nam - Bắc đổ ra biển thông qua cửa Thuận An và THiền. Lu vực tập trung tới 70% dân số và chiếm tới...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ " Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế "

Lêi c¶m ¬n LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc "Nghiªn cøu øng dông m« h×nh to¸n m« pháng lò trµn ®ång trªn hÖ thèng s«ng H¬ng tØnh Thõa Thiªn HuÕ" ®· ®îc hoµn thµnh t¹i Khoa KhÝ tîng - Thñy v¨n - H¶i d¬ng häc, Trêng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §¹i häc Quèc Gia Hµ Néi th¸ng 6 n¨m 2008. Trong qu¸ tr×nh häc tËp, nghiªn cøu vµ hoµn thµnh luËn v¨n, t¸c gi¶ ®· nhËn ®îc rÊt nhiÒu sù gióp ®ì cña thÇy c« vµ ®ång nghiÖp. Tríc hÕt, t¸c gi¶ luËn v¨n xin göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh ®Õn TS. NguyÔn TiÒn Giang lµ ngêi trùc tiÕp híng dÉn vµ gióp ®ì trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ hoµn thµnh luËn v¨n. T¸c gi¶ còng ch©n thµnh c¶m ¬n TS. Lª V¨n NghÞ vµ c¸c ®ång nghiÖp t¹i ViÖn Khoa häc Thñy lîi, ViÖn Quy ho¹ch Thñy lîi ®· hç trî chuyªn m«n, thu thËp c¸c tµi liÖu liªn quan ®Ó luËn v¨n ®îc hoµn thµnh. Xin göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c ®Õn PGS. TS. NguyÔn V¨n TuÇn vµ GS. TS. Hoµng T An ®· quan t©m chØ b¶o trong suèt qu¸ tr×nh lµm luËn v¨n. Trong khu«n khæ cña luËn v¨n, do thêi gian vµ ®iÒu kiÖn h¹n chÕ nªn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. V× vËy, t¸c gi¶ rÊt mong nhËn ®îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña ®éc gi¶ vµ nh÷ng ngêi quan t©m. T¸c gi¶ -2-
môc lôc Trang Lêi c¶m ¬n ................................................................................................................. 2 Danh môc b¶ng ......................................................................................................... 5 Danh môc h×nh .......................................................................................................... 7 Më ®Çu ...............................................................................................................9 Ch¬ng 1. Tæng quan vÒ c¸c m« h×nh vµ nh÷ng nghiªn cøu tríc ®©y ......... 11 1.1. Mét sè m« h×nh ma rµo - dßng ch¶y th«ng dông....................................11 1.1.1. M« h×nh ®êng ®¬n vÞ.......................................................................11 1.1.2. M« h×nh TANK ................................................................................13 1.1.3. M« h×nh SSARR ...............................................................................14 1.1.4. M« h×nh NAM..................................................................................15 1.2. Mét sè m« h×nh thñy lùc th«ng dông.......................................................16 1.2.1. M« h×nh VRSAP...............................................................................17 1.2.2. M« h×nh HEC-RAS...........................................................................19 1.2.3. M« h×nh MIKE 11 ............................................................................20 1.2.4. M« h×nh MIKE 21 ............................................................................23 1.2.5. M« h×nh MIKE FLOOD ...................................................................25 1.2.6. Mét sè m« h×nh kh¸c ........................................................................28 1.3. Nh÷ng nghiªn cøu tríc ®©y vÒ lu vùc...................................................30 1.4. NhËn xÐt .................................................................................................32 Ch¬ng 2. Tæng quan vÒ lu vùc s«ng H¬ng ................................................... 34 2.1. §Æc ®iÓm ®Þa lý tù nhiªn lu vùc .............................................................34 2.1.1. VÞ trÝ ®Þa lý .......................................................................................34 2.1.2. §Æc ®iÓm ®Þa h×nh.............................................................................35 2.1.3. §Æc ®iÓm ®Þa chÊt.............................................................................39 2.1.4. Th¶m phñ thùc vËt ............................................................................40 2.1.5. §Æc ®iÓm khÝ tîng ..........................................................................42 2.1.6. §Æc ®iÓm thñy v¨n............................................................................47 2.2. T×nh h×nh ma - lò trªn hÖ thèng s«ng H¬ng .........................................52 2.2.1. Ma lò vµ c¸c h×nh thÕ thêi tiÕt g©y ma lò lín.................................52 2.2.2. Tæ hîp ma lò trªn 3 nh¸nh s«ng......................................................53 2.2.3. §Æc ®iÓm dßng ch¶y lò .....................................................................55 -3-
2.3. C¸c c«ng tr×nh t¸c ®éng ®Õn dßng lò .......................................................59 2.4. T×nh h×nh d©n sinh kinh tÕ.......................................................................62 2.5. NhËn xÐt .................................................................................................64 Ch¬ng 3. TÝnh to¸n thñy lùc hÖ thèng s«ng H¬ng b»ng m« h×nh kÕt hîp 1 vµ 2 chiÒu.................................................. 65 3.1. T×nh h×nh tµi liÖu.....................................................................................65 3.1.1. Tµi liÖu chuçi thêi gian .....................................................................65 3.1.2. D÷ liÖu ®Þa h×nh vµ kh«ng gian .........................................................67 3.2. ThiÕt lËp m« h×nh mét chiÒu MIKE 11 ....................................................69 3.2.1. Ph¹m vi m« pháng MIKE 11 ............................................................69 3.2.2. ThiÕt lËp m« h×nh thñy lùc m¹ng s«ng ..............................................71 3.2.3. M« pháng, hiÖu chØnh s¬ bé..............................................................75 3.3. ThiÕt lËp biªn trªn cho m« h×nh MIKE 11 ...............................................78 3.3.1. Ph©n chia lu vùc..............................................................................78 3.3.2. X¸c ®Þnh träng sè c¸c tr¹m quan tr¾c................................................79 3.3.3. HiÖu chØnh m« h×nh ..........................................................................80 3.3.4. X¸c ®Þnh th«ng sè.............................................................................81 3.3.5. KÕt qu¶ m« pháng ma - dßng ch¶y..................................................83 3.3.6. KÕt nèi m« h×nh NAM víi m« h×nh MIKE 11...................................84 3.4. ThiÕt lËp m« h×nh hai chiÒu MIKE 21 .....................................................86 3.4.1. ThiÕt lËp b¶n ®å cao ®é sè Bathymetry .............................................86 3.4.2. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m« h×nh......................................................88 3.4.3. §iÒu kiÖn biªn cña m« h×nh ..............................................................89 3.4.4. M« pháng s¬ bé................................................................................91 3.5. HiÖu chØnh m« h×nh MIKE FLOOD víi trËn lò 11/2004..........................91 3.5.1. ThiÕt lËp c¸c kÕt nèi..........................................................................91 3.5.2. M« pháng vµ hiÖu chØnh m« h×nh......................................................94 3.5.3. KÕt qu¶ m« pháng ............................................................................98 3.6. KiÓm ®Þnh m« h×nh MIKE FLOOD víi trËn lò 11/1999 ........................ 102 3.6.1. KiÓm ®Þnh m« h×nh......................................................................... 102 3.6.2. KÕt qu¶ m« pháng .......................................................................... 105 3.6.3. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n ................................................................ 109 3.6.4. NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ trËn lò th¸ng 11/1999........................................ 112 KÕt luËn .................................................................................................................. 113 Tµi liÖu tham kh¶o................................................................................................ 116 Phô lôc -4-
Danh môc b¶ng Trang B¶ng 2.1.1. Lîng ma trung b×nh nhiÒu n¨m t¹i c¸c tr¹m ®o .............................. 44 B¶ng 2.1.2. Lîng ma lín nhÊt n¨m 1999 ............................................................ 46 B¶ng 2.1.3. Thèng kª sè trËn b·o ®æ bé vµo ViÖt Nam tõ n¨m 1891 ®Õn 1999 ... 46 B¶ng 2.1.4. C¸c ®Æc trng thñy v¨n t¹i mét sè tuyÕn quan tr¾c ............................. 48 B¶ng 2.1.5. DiÖn tÝch óng ngËp t¹i Thõa Thiªn HuÕ mét sè n¨m .......................... 49 B¶ng 2.2.1. Chªnh lÖch thêi gian xuÊt hiÖn c¸c trËn ma lò lín nhÊt hµng n¨m cña 3 tr¹m ma ®¹i biÓu ....................................................................... 54 B¶ng 2.2.2. Thèng kª mùc níc lò c¸c n¨m t¹i Thõa Thiªn HuÕ.......................... 57 B¶ng 2.2.3. Lu lîng lò lín nhÊt chÝnh vô trªn s«ng H¬ng ............................... 57 B¶ng 2.2.4. Lò tiÓu m·n thùc ®o trªn s«ng H¬ng ................................................. 58 B¶ng 2.2.5. Mùc níc lín nhÊt trªn s«ng H¬ng qua c¸c trËn lò lín ................... 58 B¶ng 2.2.6. Mùc níc lò lín nhÊt däc s«ng H¬ng ............................................... 58 B¶ng 2.3.1. Th«ng sè cña mét sè c«ng tr×nh trªn hÖ thèng.................................... 62 B¶ng 3.1.1. C¸c tr¹m quan tr¾c khÝ tîng ............................................................... 65 B¶ng 3.1.2. C¸c tr¹m quan tr¾c thñy v¨n ................................................................ 66 B¶ng 3.2.1. Th«ng sè m¹ng líi s«ng tÝnh to¸n ..................................................... 71 B¶ng 3.2.2. Thèng kª mÆt c¾t trªn hÖ thèng ........................................................... 73 B¶ng 3.2.3. Biªn trong m« h×nh thñy lùc MIKE 11................................................ 74 B¶ng 3.3.1. DiÖn tÝch c¸c tiÓu lu vùc ..................................................................... 79 B¶ng 3.3.2. C¸c th«ng sè cña m« h×nh NAM ......................................................... 82 B¶ng 3.3.3. KÕt qu¶ m« pháng dßng ch¶y tõ m« h×nh NAM n¨m 2004 ............... 83 B¶ng 3.3.4. Danh s¸ch nèi m« h×nh NAM vµo m« h×nh MIKE 11 ....................... 84 B¶ng 3.5.1. C¸c kÕt nèi trong m« h×nh MIKE FLOOD ......................................... 91 B¶ng 3.5.2. Gi¸ trÞ mùc níc vµ lu lîng lò lín nhÊt t¹i mét sè vÞ trÝ ................ 98 B¶ng 3.5.3. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phong B×nh trªn s«ng ¤ L©u .................................................. 99 -5-
B¶ng 3.5.4. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phó èc trªn s«ng Bå ............................................................... 99 B¶ng 3.5.5. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Kim Long trªn s«ng H¬ng ................................................... 99 B¶ng 3.5.6. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m B×nh §iÒn trªn s«ng H÷u Tr¹ch ........................................... 100 B¶ng 3.6.1. Lîng ma ngµy g©y lò 1999 t¹i Thõa Thiªn HuÕ ........................... 102 B¶ng 3.6.2. Gi¸ trÞ mùc níc vµ lu lîng lò lín nhÊt t¹i mét sè vÞ trÝ .............. 105 B¶ng 3.6.3. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phó èc trªn s«ng Bå ............................................................. 106 B¶ng 3.6.4. ChØ tiªu ®¸nh gi¸ sai sè gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Kim Long trªn s«ng H¬ng ................................................. 106 B¶ng 3.6.5. KÕt qu¶ tÝnh to¸n mùc níc lò lín nhÊt t¹i mét sè vÞ trÝ .................. 111 -6-
Danh môc H×nh Trang H×nh 1.1.1. CÊu tróc m« h×nh NAM ..................................................................16 H×nh 1.2.1. B¶o toµn khèi lîng ........................................................................22 H×nh 1.2.2. S¬ ®å kÕt nèi chuÈn.........................................................................26 H×nh 1.2.3. S¬ ®å kÕt nèi hai bªn.......................................................................27 H×nh 1.2.4. S¬ ®å kÕt nèi c«ng tr×nh ..................................................................27 H×nh 2.1.1. VÞ trÝ ®Þa lý vïng nghiªn cøu...........................................................34 H×nh 2.1.2. B¶n ®å ®Þa h×nh tØnh Thõa Thiªn HuÕ..............................................36 H×nh 2.1.3. §Þa h×nh tØnh Thõa Thiªn HuÕ nh×n tõ h¹ lu ..................................36 H×nh 2.1.4. §êng ®¼ng trÞ lîng ma b×nh qu©n n¨m lu vùc s«ng H¬ng ......45 H×nh 3.1.1. VÞ trÝ c¸c tr¹m khÝ tîng - thñy v¨n.................................................66 H×nh 3.1.2. M« h×nh cao ®é sè (DEM) ®é ph©n gi¶i 90 m  90 m......................67 H×nh 3.1.3. Sè liÖu mÆt c¾t n¨m 1999 trªn s«ng Bå t¹i vÞ trÝ 2.010.....................68 H×nh 3.1.4. §Þa h×nh vïng ®ång b»ng s«ng H¬ng ............................................68 H×nh 3.1.5. B×nh ®å ®Çm ph¸ vµ cöa biÓn...........................................................68 H×nh 3.1.6. §Þa h×nh ®¸y biÓn............................................................................68 H×nh 3.1.7. S¬ ®å thñy lùc hÖ thèng s«ng H¬ng trong m« h×nh VRSAP...........69 H×nh 3.2.1. Ph¹m vi m« pháng cña m« h×nh ......................................................70 H×nh 3.2.2. M¹ng líi s«ng tÝnh to¸n ................................................................70 H×nh 3.2.3. VÞ trÝ c¸c mÆt c¾t trong hÖ thèng .....................................................72 H×nh 3.2.4. C¸c c«ng tr×nh trªn hÖ thèng ...........................................................73 H×nh 3.2.5. VÞ trÝ c¸c biªn trong m« h×nh MIKE 11...........................................74 H×nh 3.2.6. C¸c ®iÓm tÝnh to¸n lu lîng vµ mùc níc......................................76 H×nh 3.2.7. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i 2 tr¹m Phó èc vµ Phong B×nh.....77 H×nh 3.2.8. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i 2 tr¹m Kim Long vµ B×nh §iÒn ..77 H×nh 3.3.1. S¬ ®å khèi x©y dùng m« h×nh NAM................................................78 H×nh 3.3.2. Ph©n vïng c¸c tiÓu lu vùc..............................................................79 H×nh 3.3.3. §êng lòy tÝch tæng lîng t¹i tr¹m Thîng NhËt ............................80 -7-
H×nh 3.3.4. §êng qu¸ tr×nh lu lîng t¹i tr¹m Thîng NhËt ............................80 H×nh 3.3.5. §êng lòy tÝch tæng lîng t¹i tr¹m Cæ Bi........................................81 H×nh 3.3.6. §êng qu¸ tr×nh lu lîng t¹i tr¹m Cæ Bi........................................81 H×nh 3.3.7. Dßng ch¶y sinh ra trªn 7 tiÓu lu vùc tõ ngµy 20/11  04/12/2004 ..83 H×nh 3.3.8. VÞ trÝ nèi m« h×nh NAM vµo m« h×nh MIKE 11..............................86 H×nh 3.4.1. Ph¹m vi m« pháng m« h×nh MIKE 21.............................................87 H×nh 3.4.2. D÷ liÖu ®Þa h×nh ®Çu vµo cña b¶n ®å DEM ......................................87 H×nh 3.4.3. B¶n ®å cao ®é sè Bathymetry víi ®é ph©n gi¶i 120 m  120 m........88 H×nh 3.4.4. §Þa h×nh vïng nghiªn cøu m« pháng b»ng MIKE 21.......................88 H×nh 3.4.5. Mùc níc thùc ®o ë phÝa ngoµi cöa ThuËn An 11/2004...................90 H×nh 3.4.6. Mùc níc thùc ®o ë phÝa ngoµi cöa T HiÒn 11/2004......................90 H×nh 3.5.1. M« h×nh MIKE FLOOD .................................................................93 H×nh 3.5.2. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phong B×nh trªn s«ng ¤ L©u ..............................................................................96 H×nh 3.5.3. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phó èc trªn s«ng Bå ..........96 H×nh 3.5.4. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Kim Long trªn s«ng H¬ng .............................................................................97 H×nh 3.5.5. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m B×nh §iÒn trªn s«ng H÷u Tr¹ch .......................................................................97 H×nh 3.5.6. Ph¹m vi ngËp lôt lín nhÊt lóc 20h00 ngµy 26/11/2004 ....................98 H×nh 3.5.7. Trêng vËn tèc chi tiÕt t¹i cöa ThuËn An vµ ng· ba S×nh lóc 20h00 ngµy 26/11.................................................................... 101 H×nh 3.6.1. KÕt qu¶ m« pháng tõ m« h×nh NAM víi trËn lò th¸ng 11/1999 ..... 103 H×nh 3.6.2. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Phó èc trªn s«ng Bå ........ 104 H×nh 3.6.3. Mùc níc thùc ®o vµ tÝnh to¸n t¹i tr¹m Kim Long trªn s«ng H¬ng ........................................................................... 104 H×nh 3.6.4. Trêng vËn tèc t¹i ng· ba S×nh lóc 15h00 ngµy 02/11/1999........... 107 H×nh 3.6.5. Ph¹m vi ngËp lôt lín nhÊt lóc 10h00 ngµy 03/11/1999 .................. 108 H×nh 3.6.6. DiÔn biÕn ngËp lôt trªn hÖ thèng s«ng H¬ng................................ 109 H×nh 3.6.7. Ph¹m vi ngËp lôt lóc 03h00 ngµy 06/11/1999................................ 110 H×nh 3.6.8. ¶nh vÖ tinh ngµy 06/11/1999 ........................................................ 110 -8-
Më ®Çu 1. §Æt vÊn ®Ò Trong lÞch sö tån t¹i vµ ph¸t triÓn cña d©n téc ta, lò lôt lu«n lµ mèi ®e däa hµng ®Çu vµ ®· g©y ra nhiÒu thiÖt h¹i vÒ ngêi vµ cña. Cïng víi sù t¨ng trëng cña c¸c ngµnh kinh tÕ, ®ßi hái møc ®é an toµn chèng lò lôt ngµy cµng cao vµ h¹n chÕ tèi ®a thiÖt h¹i. HÖ thèng s«ng H¬ng - tØnh Thõa Thiªn HuÕ b¾t nguån tõ phÝa §«ng d·y Trêng S¬n vµ nói B¹ch M·, dßng chÝnh ch¶y theo híng Nam - B¾c ®æ ra biÓn th«ng qua cöa ThuËn An vµ T HiÒn. Lu vùc tËp trung tíi 70% d©n sè vµ chiÕm tíi 90% tæng s¶n phÈm hµng n¨m cña c¶ tØnh. Thµnh phè HuÕ n»m ë trung t©m cña lu vùc, ®©y lµ trung t©m kinh tÕ, v¨n hãa, chÝnh trÞ vµ lµ mét trong nh÷ng trung t©m du lÞch lín nhÊt c¶ níc. Trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn kinh tÕ - x· héi, viÖc khai th¸c tæng hîp tµi nguyªn níc cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau trªn hÖ thèng s«ng H¬ng ®· ®em l¹i nh÷ng gi¸ trÞ to lín ®ãng vai trß quan träng cho c¸c ngµnh kinh tÕ trong tØnh nh: du lÞch, c«ng nghiÖp, thñy lîi, thñy s¶n, n«ng nghiÖp... TØnh Thõa Thiªn HuÕ lµ tØnh thêng xuyªn ph¶i g¸nh chÞu thiÖt h¹i do lò lôt g©y ra nh ph¸ hñy c¬ së h¹ tÇng, g©y ngËp lôt trªn diÖn réng, lµm ®×nh trÖ s¶n xuÊt, ngoµi ra cßn g©y mÊt m¸t vÒ ngêi vµ tµi s¶n cña nh©n d©n vµ nhµ níc. §Æc biÖt, thµnh phè HuÕ do ®Þa h×nh thÊp nªn bÞ ngËp trong níc lò lµm h háng di tÝch lÞch sö, g©y tæn h¹i ®Õn di s¶n v¨n hãa cña ®Êt níc vµ thÕ m¹nh du lÞch cña tØnh. §iÓn h×nh nh trËn lò th¸ng 11 n¨m 1999 ®· g©y ngËp lôt trªn diÖn réng, lµm chÕt 358 ngêi, íc tÝnh tæng thiÖt h¹i vÒ kinh tÕ lªn tíi 1.738 tû ®ång, g©y ph¸ hñy nhiÒu c«ng tr×nh, c¬ së h¹ tÇng, lµm sËp nhiÒu nhµ d©n. Do vËy, "Nghiªn cøu øng dông m« h×nh to¸n m« pháng lò trµn ®ång trªn hÖ thèng s«ng H¬ng tØnh Thõa Thiªn HuÕ" lµ rÊt cÇn thiÕt, ®ang lµ mèi quan t©m cña c¸c nhµ qu¶n lý vµ nh÷ng ngêi lµm khoa häc. 2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi + Ph©n tÝch nguyªn nh©n g©y ngËp lôt trªn hÖ thèng s«ng H¬ng. + Nghiªn cøu m« pháng chi tiÕt t×nh tr¹ng ngËp lôt trªn toµn hÖ thèng. -9-
3. §èi tîng vµ ph¹m vi nghiªn cøu + §èi tîng: Dßng ch¶y lò trªn hÖ thèng s«ng H¬ng. + Ph¹m vi nghiªn cøu: Lu vùc s«ng H¬ng - Thõa Thiªn HuÕ (gåm toµn bé ®ång b»ng vµ ®Çm ph¸ ven biÓn). 4. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu + Ph©n tÝch tæng hîp tµi liÖu. + M« h×nh to¸n thñy v¨n thñy lùc: M« h×nh MIKE FLOOD (1D + 2D). 5. Bè côc cña luËn v¨n Ngoµi phÇn më ®Çu vµ kÕt luËn, luËn v¨n gåm 3 ch¬ng chÝnh: + Ch¬ng 1. Tæng quan vÒ c¸c m« h×nh vµ nh÷ng nghiªn cøu tríc ®©y. + Ch¬ng 2. Tæng quan vÒ lu vùc s«ng H¬ng. + Ch¬ng 3. TÝnh to¸n thñy lùc hÖ thèng s«ng H¬ng b»ng m« h×nh MIKE FLOOD kÕt hîp 1 vµ 2 chiÒu. -10-
Ch¬ng 1 Tæng quan vÒ c¸c m« h×nh vµ nh÷ng nghiªn cøu tríc ®©y 1.1. Mét sè m« h×nh ma rµo - dßng ch¶y th«ng dông M« h×nh hÖ thèng thñy v¨n cã thÓ lµ m« h×nh vËt lý, m« h×nh t¬ng tù hay m« h×nh to¸n häc. M« h×nh vËt lý bao gåm c¸c m« h×nh tû lÖ tøc lµ c¸c m« h×nh biÓu thÞ hÖ thèng thËt díi d¹ng thu nhá nh m« h×nh thñy lùc cña ®Ëp trµn. M« h×nh t¬ng tù lµ mét m« h×nh vËt lý kh¸c cã tÝnh chÊt t¬ng tù nh m« h×nh nguyªn thÓ, vÝ dô nh m« h×nh t¬ng tù ®iÖn trong thñy lùc. M« h×nh to¸n häc miªu t¶ hÖ thèng díi d¹ng to¸n häc. M« h×nh to¸n häc lµ tËp hîp c¸c ph¬ng tr×nh to¸n häc, c¸c mÖnh ®Ò logic thÓ hiÖn c¸c quan hÖ gi÷a c¸c biÕn vµ c¸c th«ng sè cña m« h×nh ®Ó m« pháng hÖ thèng tù nhiªn hay nãi c¸ch kh¸c m« h×nh to¸n häc lµ mét hÖ thèng biÕn ®æi ®Çu vµo (h×nh d¹ng, ®iÒu kiÖn biªn, lùc v.v...) thµnh ®Çu ra (tèc ®é dßng ch¶y, mùc níc, lu lîng v.v...). C¸c m« h×nh thñy v¨n cã thÓ ®îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn cho m« h×nh thñy lùc. Trong thñy v¨n cã nhiÒu d¹ng hµm tËp trung níc vµ cã nhiÒu ph¬ng ph¸p x©y dùng nã. Ph¬ng ph¸p ch¶y ®¼ng thêi dùa vµo tèc ®é ch¶y biÕn ®æi ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch ch¶y ®»ng thêi, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc ®êng tËp trung níc. Ph¬ng ph¸p ®êng lu lîng ®¬n vÞ lÇn ®Çu tiªn do Sherman ®Ò nghÞ, sau ®ã ®îc nhiÒu t¸c gi¶ ph¸t triÓn vµ hoµn thiÖn. §êng tËp trung níc cña Kalinin - Miliukov vµ ®êng ®¬n vÞ Nash ®Òu xem sù ®iÒu tiÕt trong s«ng hay trong lu vùc t¬ng ®¬ng víi sù ®iÒu tiÕt cña mét hÖ thèng hå chøa tuyÕn tÝnh ®ång nhÊt. Tõ gi¶ thiÕt ®ã, tuy bíc ®i vµ c¸ch gi¶i quyÕt cô thÓ cã kh¸c nhau, nhng c¶ hai ®Òu dÉn tíi ®êng tËp trung níc cã d¹ng t¬ng tù d¹ng hµm Gamma. Mét sè d¹ng ®êng ®¬n vÞ tæng hîp nh Snyder, SCS, Clark... ®îc nghiªn cøu x©y dùng ®Ó tÝnh to¸n cho lu vùc kh«ng cã tµi liÖu quan tr¾c dßng ch¶y. 1.1.1. M« h×nh ®êng ®¬n vÞ M« h×nh ®îc Sherman ®Ò xuÊt n¨m 1932, lµ mét d¹ng m« h×nh thñy v¨n tÊt ®Þnh hép ®en ra ®êi sím nhÊt trªn thÕ giíi. B¶n chÊt cña ph¬ng ph¸p lµ xö lý hµm tËp trung níc b»ng ®êng ®¬n vÞ. §êng ®¬n vÞ ®îc ®Þnh nghÜa lµ ®êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp ®îc t¹o ra bëi mét ®¬n vÞ lîng ma vît qu¸ thÊm -11-
(hay ma hiÖu qu¶) ph©n bè ®Òu trªn lu vùc vµ cã cêng ®é ma kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian ma hiÖu qu¶. Mèi quan hÖ lîng ma vµo vµ lîng dßng ch¶y ra cña hÖ thèng ®îc biÓu ®¹t th«ng qua mét hµm truyÒn, cßn gäi lµ hµm tËp trung níc hoÆc hµm ¶nh hëng hoÆc ®êng ®¬n vÞ tæng hîp. Hµm truyÒn thêng ®îc tÝnh ngîc tõ tµi liÖu thùc ®o cña lîng vµo vµ lîng ra cña hÖ thèng. Khi hµm truyÒn ®îc x¸c ®Þnh, lîng ra cña hÖ thèng ®îc tÝnh theo tÝch ph©n Duhamel: [8, 27, 35] t Q  t    h    .f  t    .d (1.1.1) 0 Trong ®ã: Q(t) - lu lîng t¹i thêi ®iÓm t bÊt kú; h() - lîng ma hiÖu qu¶; f(t – ) - hµm ¶nh hëng. Cã 3 ph¬ng ph¸p thêng dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®êng ®¬n vÞ: + X©y dùng ®êng ®¬n vÞ trùc tiÕp tõ tµi liÖu thùc ®o. + TÝnh to¸n ®êng ®¬n vÞ tõ ph¬ng tr×nh rêi r¹c cña tÝch ph©n chËp Duhamel. + Ph¬ng ph¸p ®êng ®¬n vÞ d¹ng Nash. §êng ®¬n vÞ tæng hîp: Ph¬ng ph¸p nµy ®îc ¸p dông khi lu vùc kh«ng cã tµi liÖu quan tr¾c dßng ch¶y. Cã 3 d¹ng ®êng thêng dïng lµ Snyder; Clark vµ SCS. - §êng ®¬n vÞ tæng hîp Snyder: Ph¬ng ph¸p do Snyder ®Ò xuÊt n¨m 1938 dùa theo mèi quan hÖ gi÷a c¸c ®Æc trng h×nh d¹ng cña mét ®êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ chuÈn. C¸c ®Æc trng cña ®êng ®¬n vÞ cÇn x¸c ®Þnh ®èi víi thêi gian ma hiÖu qu¶ cho tríc lµ: thêi gian trÔ Tp; lu lîng ®Ønh trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch cña lu vùc qp; ®é dµi thêi gian ®¸y tb vµ c¸c chiÒu réng W cña ®êng qu¸ tr×nh t¹i c¸c tung ®é b»ng 50%; 75%... cña lu lîng ®Ønh. Sö dông c¸c ®Æc trng nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ theo yªu cÇu. - §êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ Clark: Ph¬ng ph¸p nµy ®îc ®Ò xuÊt n¨m 1945, ®ßi hái ph¶i x¸c ®Þnh 3 yÕu tè lµm c¬ së cho tÝnh to¸n ®êng ®¬n vÞ, ®ã lµ thêi gian tËp trung dßng ch¶y Tc; hÖ sè lîng tr÷ R vµ ®êng quan hÖ thêi gian ~ diÖn tÝch lu vùc. -12-
- §êng ®¬n vÞ kh«ng thø nguyªn SCS: Ph¬ng ph¸p do C¬ quan B¶o vÖ thæ nhìng Hoa Kú ®Ò xuÊt n¨m 1972, cho phÐp tÝnh ®êng ®¬n vÞ th«ng qua c¸c ®Æc trng lu vùc vµ giíi h¹n gi÷ níc tèi ®a trªn lu vùc ®îc tÝnh tõ ph¬ng ph¸p ®êng cong SCS. Ph¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n vµ ®· ®îc ¸p dông cho nhiÒu lu vùc s«ng suèi ë níc ta. 1.1.2. M« h×nh TANK M« h×nh TANK ra ®êi n¨m 1956 t¹i trung t©m quèc gia phßng chèng lò lôt NhËt, t¸c gi¶ lµ M. Sugawar. Lu vùc ®îc m« t¶ nh mét chuçi c¸c bÓ chøa s¾p xÕp theo hai ph¬ng th¼ng ®øng vµ n»m ngang. Gi¶ thiÕt c¬ b¶n cña m« h×nh: dßng ch¶y mÆt còng nh dßng thÊm lµ c¸c hµm sè cña lîng níc tr÷ trong c¸c tÇng ®Êt. M« h×nh cã hai d¹ng cÊu tróc ®¬n vµ kÐp. [8, 27, 35] + M« h×nh TANK ®¬n: kh«ng xÐt sù biÕn ®æi cña ®é Èm ®Êt theo kh«ng gian, phï hîp víi nh÷ng lu vùc nhá trong vïng Èm ít quanh n¨m. Lu vùc ®îc m« t¶ bëi bèn bÓ chøa xÕp theo chiÒu th¼ng ®øng. Mçi bÓ chøa cã mét hoÆc mét vµi cöa ra ë thµnh bªn vµ mét cöa ra ë ®¸y. Lîng ma r¬i xuèng mÆt ®Êt ®i vµo bÓ trªn cïng. Sau khi khÊu trõ tæn thÊt bèc h¬i mét phÇn sÏ thÊm xuèng bÓ díi theo cöa ra ë ®¸y, mét phÇn cung cÊp cho dßng ch¶y trong s«ng theo c¸c cöa ra ë thµnh bªn. Quan hÖ gi÷a lîng dßng ch¶y qua c¸c cöa víi lîng Èm trong c¸c bÓ lµ tuyÕn tÝnh. Y = (X – H) (1.1.2) Y0 = X (1.1.3) Trong ®ã: X - lîng ma; H - ®é cao cöa ra thµnh bªn; ,  - hÖ sè cöa ra thµnh bªn vµ ®¸y; Y, Y0 - dßng ch¶y t¹i cöa ra thµnh bªn vµ ®¸y. M« h×nh TANK m« pháng cÊu tróc Èm trong c¸c tÇng ®Êt cña lu vùc. Lîng dßng ch¶y h×nh thµnh tõ c¸c bÓ thÓ hiÖn ®Æc tÝnh c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y mÆt s¸t mÆt vµ dßng ch¶y ngÇm. Dßng ch¶y h×nh thµnh tõ tÊt c¶ c¸c bÓ chøa m« t¶ sù biÕn d¹ng dßng ch¶y do t¸c dông ®iÒu tiÕt cña dßng s«ng lµ líp níc cã s½n ban ®Çu trong s«ng. -13-
+ M« h×nh TANK kÐp: xÐt ®Õn sù biÕn ®æi ®é Èm cña ®Êt theo kh«ng gian. Lu vùc ®îc chia thµnh c¸c vµnh ®ai cã ®é Èm kh¸c nhau. Mét vµnh ®ai ®îc diÔn t¶ b»ng mét m« h×nh TANK ®¬n. VÒ nguyªn t¾c sè lîng vµnh ®ai cã thÓ bÊt kú. Nhng trong thùc tÕ tÝnh to¸n thêng lÊy 4 vµnh ®ai mçi vµnh ®ai cã 4 bÓ, tæng céng toµn m« h×nh cã 16 bÓ chøa. Víi sù m« pháng nµy, trªn toµn lu vùc cã nh÷ng phÇn Èm, phÇn kh« biÕn ®æi theo quy luËt nhÊt ®Þnh. Khi ma b¾t ®Çu, phÇn lu vùc Èm ít sÏ ph¸t triÓn tõ khu hÑp ven s«ng lan dÇn ®Õn nh÷ng vïng cao h¬n theo thø tù S4, S3, S2, S1 (trong ®ã Si biÓu thÞ vµnh ®ai thø i so víi toµn lu vùc). Ngîc l¹i, khi mïa kh« b¾t ®Çu do lîng Èm ít cung cÊp Ýt dÇn hoÆc kh«ng cã, lu vùc sÏ kh« dÇn tõ nh÷ng vµnh ®ai cao nhÊt ®Õn vµnh ®ai thÊp h¬n theo thø tù S1, S2, S3, S4. Trong cÊu tróc kÐp, líp níc tù do trong mçi bÓ ®îc chuyÓn ®éng theo hai híng: th¼ng ®øng vµ n»m ngang. Mçi bÓ chøa nhËn ®îc níc tõ phÝa bÓ trªn cïng vµnh ®ai vµ tõ bÓ phÝa tríc ë cïng tÇng. §èi víi m« h×nh TANK kÐp th× cßn cã thªm c¸c th«ng sè Si (i = 1, 2, 3, 4). 1.1.3. M« h×nh SSARR M« h×nh SSARR do Rockwood ®Ò xuÊt tõ n¨m 1956. Khi x©y dùng m« h×nh nµy, t¸c gi¶ quan niÖm r»ng hÖ thèng s«ng ngßi dï phøc t¹p còng chØ gåm c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n sau: c¸c lu vùc s«ng nhá; c¸c hå chøa tù nhiªn vµ nh©n t¹o; c¸c ®o¹n s«ng. Do ®ã, t¸c gi¶ x©y dùng m« h×nh to¸n cho tõng lo¹i. Sau cïng tËp hîp l¹i ®Ó cã ®îc mét m« h×nh to¸n cña c¶ hÖ thèng s«ng. C¸c m« h×nh to¸n thµnh phÇn ®Òu sö dông hai ph¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph¬ng tr×nh liªn tôc vµ ph¬ng tr×nh lîng tr÷. [8] Ph¬ng tr×nh liªn tôc: 1 1 1 2  t  2 t  t  Q t  Q11 t  Q 2  Q 21 t  Wt 1  Wt (1.1.7) Ph¬ng tr×nh lîng tr÷: W  Ts Q (1.1.8) Trong ®ã: Ts - thêi gian tr÷ níc; ChØ sè trªn - vÞ trÝ mÆt c¾t; ChØ sè díi - thêi ®o¹n. Nh vËy nÕu biÕt ®îc lu lîng ch¶y vµo trung b×nh, lu lîng ch¶y ra ë ®Çu thêi ®o¹n tÝnh to¸n Qt vµ thêi gian tr÷ níc cña hå Ts th× cã thÓ tÝnh ®îc lu lîng ch¶y ra ë cuèi thêi ®o¹n tÝnh to¸n Q2. -14-
C¸c m« h×nh thµnh phÇn trong SSARR gåm cã: + M« h×nh lu vùc. + M« h×nh dßng ch¶y trong s«ng. + M« h×nh hå chøa. + M« h×nh hÖ thèng s«ng. 1.1.4. M« h×nh NAM M« h×nh thñy v¨n NAM m« pháng qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y x¶y ra t¹i ph¹m vi lu vùc s«ng. NAM lµ mét m« ®un ma - dßng ch¶y (RR) cña hÖ thèng m« h×nh s«ng MIKE 11. M« ®un nµy cã thÓ ¸p dông ®éc lËp hoÆc sö dông ®Ó tÝnh to¸n cho mét hoÆc nhiÒu lu vùc tham gia t¹o dßng ch¶y gia nhËp khu gi÷a vµo mét m¹ng s«ng. Do ®ã cã thÓ thùc hiÖn viÖc tÝnh to¸n riªng mét lu vùc nhá hoÆc xö lý mét lu vùc lín cã nhiÒu lu vùc nhá vµ mét m¹ng s«ng ngßi phøc t¹p. [15, 19, 22, 44] NAM lµ tõ viÕt t¾t cña tiÕng §an M¹ch “Nedbor - Afstromnings - Model”, cã nghÜa lµ M« h×nh Gi¸ng thñy - Dßng ch¶y mÆt. M« h×nh nµy do Khoa Tµi nguyªn níc vµ Thñy lîi cña trêng §¹i häc §an M¹ch x©y dùng (Nielsen vµ Hansen, 1973). M« h×nh thñy v¨n to¸n häc nh NAM lµ mét bé biÓu thøc to¸n häc kÕt nèi m« t¶ b»ng h×nh thøc to¸n häc ®¬n gi¶n cã xÐt ®Õn c¶ qu¸ tr×nh tæn thÊt thÊm qua ®Êt trong chu tr×nh thñy v¨n. NAM tÝnh ®Õn c¸c yÕu tè kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y th«ng qua viÖc xem xÐt liªn tôc c¸c thµnh phÇn cña níc trong bèn d¹ng tr÷ kh¸c nhau vµ t¬ng t¸c nhau. Mçi d¹ng tr÷ thÓ hiÖn mét thµnh phÇn vËt lý kh¸c nhau cña lu vùc s«ng nhá. NAM cã thÓ sö dông cho viÖc thiÕt lËp mét lo¹t m« h×nh thñy v¨n liªn tôc hoÆc m« pháng nh÷ng sù kiÖn riªng lÎ. M« h×nh NAM lµ mét c«ng cô kü thuËt tèt, ®· ®îc ¸p dông cho mét sè lu vùc s«ng nhá trªn thÕ giíi, víi c¸c hiÖn tîng thñy v¨n vµ ®iÒu kiÖn khÝ hËu kh¸c nhau. NAM lµ mét m« h×nh kh¸i niÖm dùa trªn ph¬ng tr×nh vµ cÊu tróc vËt lý cïng víi cÊu tróc b¸n kinh nghiÖm. M« h×nh NAM xö lý mçi mét lu vùc nh lµ mét ®¬n vÞ riªng lÎ. Do ®ã, tham sè vµ biÕn sè thÓ hiÖn gi¸ trÞ trung b×nh cho toµn lu vùc. Mét vµi tham sè m« h×nh ®îc x¸c ®Þnh tõ d÷ liÖu lu vùc vËt lý nhng gi¸ trÞ tham sè cuèi cïng ph¶i ®îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch thÈm ®Þnh víi chuçi quan tr¾c thùc ®o. -15-
NAM h×nh thµnh nªn mét phÇn m« ®un ma - dßng ch¶y (RR) cña hÖ thèng m« h×nh MIKE 11. CÊu tróc NAM ®îc tr×nh bµy theo s¬ ®å (H×nh 1.1.1). Ghi chó: c¸c ký hiÖu nh trong phô lôc PL.1.1 H×nh 1.1.1. CÊu tróc m« h×nh NAM NAM m« pháng qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y b»ng viÖc m« t¶ liªn tôc cho c¸c thµnh phÇn trong 4 vïng tr÷ lîng t¬ng t¸c lÉn nhau bao gåm: - Tr÷ lîng tuyÕt; - Tr÷ lîng mÆt; - Tr÷ lîng s¸t mÆt; - Tr÷ lîng níc ngÇm. Ngoµi ra NAM cho phÐp xö lý c¸c can thiÖp cña con ngêi trong chu kú thñy v¨n nh tíi vµ b¬m níc ngÇm. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña m« h×nh MIKE NAM ®îc tr×nh bµy trong phÇn phô lôc (PL.1.1). 1.2. Mét sè m« h×nh thñy lùc th«ng dông HiÖn nay, ë níc ta vµ trªn thÕ giíi ®ang sö dông nhiÒu m« h×nh thñy lùc ®Ó tÝnh to¸n c¸c ®Æc trng kh¸c nhau cña dßng ch¶y. C¸c m« h×nh ®îc sö dông -16-
nhiÒu nhÊt vµ phæ biÕn nhÊt lµ c¸c m« h×nh to¸n thñy lùc dßng ch¶y hë mét chiÒu ®Ó x¸c ®Þnh lu lîng Q vµ mùc níc Z trong nhiÒu bµi to¸n nh truyÒn triÒu, truyÒn lò... trªn hÖ thèng s«ng vµ kªnh dÉn. Ngoµi ra cßn cã c¸c m« h×nh truyÒn chÊt (mÆn, phï sa...) trªn hÖ thèng s«ng, m« h×nh tÝnh to¸n thñy lùc dßng ch¶y xiÕt trªn kªnh cã ®é dèc lín, m« h×nh tÝnh thñy lùc c«ng tr×nh... 1.2.1. M« h×nh VRSAP M« h×nh VRSAP (Vietnam River System And Plains) do cè PGS. TS. NguyÔn Nh Khuª x©y dùng tõ 1965 ®Õn 1993. TiÒn th©n cña nã lµ m« h×nh KRSAL, ®îc sö dông réng r·i ë níc ta trong kho¶ng 30 n¨m trë l¹i ®©y. HiÖn nay VRSAP còng nh KRSAL ®· cã nhiÒu c¶i tiÕn, chñ yÕu lµ ë c¸c thñ tôc ra - vµo cña ch¬ng tr×nh tÝnh, cßn phÇn cèt lâi cña cña ch¬ng tr×nh vÉn gi÷ nguyªn. §©y lµ m« h×nh to¸n thñy v¨n - thñy lùc cña dßng ch¶y mét chiÒu trªn hÖ thèng s«ng ngßi cã nèi víi ®ång ruéng vµ c¸c khu chøa kh¸c. Dßng ch¶y trong c¸c ®o¹n s«ng ®îc m« t¶ b»ng hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant ®Çy ®ñ, kh«ng bá bít mét vµi sè h¹ng nh trong mét sè m« h×nh kh¸c [7]. Dßng ch¶y qua c¸c c«ng tr×nh ®îc m« t¶ b»ng c¸c c«ng thøc thñy lùc ®· biÕt vµ ®îc ®a vÒ cïng mét sè h¹ng nh ph¬ng tr×nh cña c¸c ®o¹n s«ng. Dßng ch¶y trµn vµo c¸c « ruéng hay khu chøa ®îc m« pháng theo t tëng chung cña m« h×nh SOGREAH. C¸c khu chøa níc vµ c¸c « ®ång ruéng trao ®æi níc víi s«ng vµ trao ®æi níc víi nhau qua c¸c trµn hay cèng ®iÒu tiÕt. Do ®ã, m« h×nh ®· chia c¸c khu chøa vµ c¸c « ®ång ruéng thµnh hai lo¹i chÝnh. Lo¹i kÝn trao ®æi níc víi s«ng qua cèng ®iÒu tiÕt, lo¹i hë trao ®æi níc víi s«ng qua trµn mÆt hay trùc tiÕp g¾n víi s«ng nh c¸c khu chøa th«ng thêng. M« h×nh VRSAP còng xÐt ®Õn sù gia nhËp cña ma trong tÝnh to¸n thñy lùc dßng ch¶y trong c¸c hÖ thèng s«ng khi diÔn to¸n lò hay tÝnh tiªu níc cho hÖ thèng thñy n«ng. M« h×nh còng xÐt ®Õn kh¶ n¨ng truyÒn mÆn trªn hÖ thèng s«ng vµ ®ång ruéng. S¬ ®å tÝnh trong VRSAP lµ s¬ ®å sai ph©n Èn líi ch÷ nhËt cã xÐt ®Õn träng sè ®èi víi c¸c bíc sai ph©n theo thêi gian t vµ kh«ng gian x. M« h×nh VRSAP phï hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam, cã thÓ sö dông ®Ó: + TÝnh to¸n vµ t×m ra quy luËt thay ®æi cña lu lîng Q vµ mùc níc Z t¹i tõng mÆt c¾t trªn hÖ thèng s«ng vµ « chøa kÓ c¶ vïng bÞ ¶nh hëng cña thñy triÒu. + Gi¶i bµi to¸n tiªu óng, tho¸t lò vµ cÊp níc trªn c¸c hÖ thèng c«ng tr×nh thñy lîi vïng ®ång b»ng vµ ven biÓn. -17-
+ LËp c¸c ph¬ng ¸n quy ho¹ch qu¶n lý vµ khai th¸c thñy lîi trªn lu vùc s«ng lín nhá vµ c¸c hÖ thèng c«ng tr×nh thñy lîi. + TÝnh truyÒn triÒu vµ truyÒn mÆn trªn c¸c hÖ thèng s«ng v.v... M« h×nh VRSAP lµ m« h×nh m· nguån më, nªn tõ ®ã nhiÒu t¸c gi¶ ®· c¶i tiÕn ®Ó m« h×nh cã thÓ tÝnh ®îc truyÒn t¶i phï sa, tÝnh tiªu tho¸t níc ®« thÞ. C¸c lo¹i m« h×nh to¸n nµy hiÖn còng ®ang ®îc øng dông ë níc ta vµ cho kÕt qu¶ tèt. Mét sè øng dông cña m« h×nh cho hÖ thèng s«ng Hång, s«ng Th¸i B×nh, s«ng C¶, s«ng NhËt LÖ, s«ng H¬ng, s«ng Thu Bån, s«ng Cöu Long... ®Òu ®¹t c¸c kÕt qu¶ tin cËy. M« h×nh VRSAP øng dông rÊt cã hiÖu qu¶ ®èi víi viÖc tÝnh to¸n thñy lùc tíi, tiªu c¸c hÖ thèng thñy n«ng, quy ho¹ch vµ lËp c¸c dù ¸n qu¶n lý, khai th¸c hÖ thèng thñy n«ng, tÝnh to¸n quy m« c¸c c«ng tr×nh trªn hÖ thèng, qu¶n lý lu vùc vµ tµi nguyªn ë níc ta. ChuyÓn ®éng cña chÊt láng trong lßng dÉn hë cã thÓ m« t¶ b»ng hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant. Trong m« h×nh VRSAP, hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant cña dßng ch¶y mét chiÒu lµ hÖ ph¬ng tr×nh thñy ®éng lùc viÕt cho dßng ch¶y mét chiÒu trong lßng dÉn hë: [1, 5, 7, 14, 19, 21] + Ph¬ng tr×nh liªn tôc: Q Z  Bc q (1.2.1) x t + Ph¬ng tr×nh ®éng lùc: Z 1 Q * B c   ' B Z 1  Fr    Q  x gA t gA 2 t (1.2.2) * Q  Q 2 A  2 q 0 3  J gA gA x M« h×nh VRSAP chØ gi¶i quyÕt ®îc bµi to¸n mµ dßng ch¶y cã sè Froude  0Q 2 ( Fr  B ) nhá h¬n 1 (tøc lµ dßng ch¶y ªm). gA3 HÖ gåm hai ph¬ng tr×nh (1.2.1) vµ (1.2.2) lµ hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant cã hai Èn sè lµ: + Q = Q(x, t) lµ lu lîng trung b×nh mÆt c¾t phô thuéc vÞ trÝ x vµ thêi ®iÓm t. + Z = Z(x, t) lµ mùc níc t¹i mÆt c¾t x, thêi ®iÓm t. Trong ®ã, biÕn kh«ng gian x vµ thêi gian t lµ hai biÕn ®éc lËp. -18-
ý nghÜa cña c¸c ®¹i lîng trong hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant: Bc - chiÒu réng toµn mÆt c¾t ngang s«ng, Bc = B + Bb; B - chiÒu réng lßng s«ng; Bb - chiÒu réng b·i s«ng; q - lu lîng dßng ch¶y gia nhËp trªn mét ®¬n vÞ dµi theo ®o¹n s«ng; J - ®é dèc thñy lùc, ®îc tÝnh theo c«ng thøc tæn thÊt cña dßng ch¶y æn ®Þnh, QQ J ; A2 C 2 R A R - b¸n kÝnh thñy lùc, R  ; P A - diÖn tÝch mÆt c¾t ít; P - chu vi ít; 1 1 C - hÖ sè Chezy. NÕu tÝnh theo c«ng thøc Manning, C  R 6 . n n - hÖ sè nh¸m Manning; 0 - hÖ sè ®éng lîng;  - hÖ sè söa ch÷a ®éng n¨ng; * = 20 –  1.2.2. M« h×nh HEC-RAS M« h×nh HES-RAS cña Trung t©m Thñy v¨n c«ng tr×nh thuéc hiÖp héi kü s qu©n sù Hoa Kú (Hydrologic Engineering Center of US Army Corps of Engineers) x©y dùng. M« h×nh cã u ®iÓm lµ cho kÕt qu¶ râ rµng, cã s¬ ®å m¹ng líi s«ng, mÆt c¾t cña tõng nót s«ng. C¸c quan hÖ Q ~ t vµ Z ~ t ®îc tr×nh bµy ë d¹ng biÓu b¶ng vµ ®å thÞ, ®êng mÆt níc trong s«ng ®îc m« t¶ chi tiÕt. M« h×nh HEC-RAS lµ m« h×nh tÝnh dßng ch¶y mét chiÒu cña hÖ thèng s«ng, dßng ch¶y trong s«ng ®îc m« t¶ b»ng hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant ®Çy ®ñ vµ ®îc x©y dùng theo s¬ ®å sai ph©n Èn cã xÐt ®Õn träng sè ®èi víi c¸c bíc sai ph©n theo thêi gian t vµ chiÒu däc theo dßng ch¶y x. M« h×nh cã h¹n chÕ lµ kh«ng xÐt ®Õn lîng ma r¬i xuèng c¸c khu chøa sau ®ã gia nhËp dßng ch¶y. Trong nh÷ng -19-
n¨m gÇn ®©y HEC-RAS ®· ®îc sö dông ë níc ta trong c¸c nghiªn cøu vÒ lò, ®Æc biÖt lµ trong c«ng t¸c ®µo t¹o t¹i c¸c trêng ®¹i häc. [21] Dßng ch¶y trong s«ng thiªn nhiªn ®îc coi lµ dßng kh«ng æn ®Þnh biÕn ®æi chËm ch¶y mét chiÒu, thay ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian. C¸c yÕu tè ®îc m« t¶ b»ng hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant, gåm ph¬ng tr×nh liªn tôc vµ ph¬ng tr×nh ®éng lùc. HÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant trong m« h×nh nµy cã d¹ng: + Ph¬ng tr×nh liªn tôc: A A c Q   q (1.2.3) t t x + Ph¬ng tr×nh ®éng lùc: Q   VQ   Z    gA   J  0 (1.2.4) t x  x  ý nghÜa c¸c ®¹i lîng to¸n häc trong hai ph¬ng tr×nh (1.2.3) vµ (1.2.4) gièng nh trong m« h×nh VRSAP ®îc nªu ë môc 1.2.1. Lu lîng Q cã gi¸ trÞ d¬ng nÕu dßng ch¶y xu«i tõ mÆt c¾t trªn xuèng mÆt c¾t díi (theo chiÒu d¬ng cña x), cã gi¸ trÞ ©m nÕu dßng ch¶y theo chiÒu ngîc l¹i. T¬ng tù, trong ph¬ng tr×nh liªn tôc (1.2.3) th× qt cã gi¸ trÞ d¬ng nÕu dßng ch¶y tõ ngoµi ®æ vµo s«ng. §Ó gi¶i hÖ gåm hai ph¬ng tr×nh liªn tôc (1.2.3) vµ ®éng lùc (1.2.4) dïng ph¬ng ph¸p sai ph©n h÷u h¹n - thay c¸c ®¹o hµm riªng b»ng tû sè c¸c sai ph©n. Gièng nh m« h×nh VRSAP, trong m« h×nh HEC-RAS còng sö dông s¬ ®å Èn (líi sai ph©n ch÷ nhËt) ®Ó gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant. 1.2.3. M« h×nh MIKE 11 MIKE lµ mét hä phÇn mÒm gåm nhiÒu m« ®un kh¸c nhau, tõ viÖc tÝnh to¸n c©n b»ng níc (MIKE BASIN), ma - dßng ch¶y (MIKE NAM), dßng mét chiÒu (MIKE 11), hai chiÒu líi th¼ng (MIKE 21), hai chiÒu líi cong (MIKE 21 C), líi bÊt kú (MIKE 21 FM) vµ ba chiÒu (MIKE 3); m« h×nh kÕt hîp mét vµ hai chiÒu MIKE FLOOD... HiÖn nay, MIKE lµ bé phÇn mÒm ®îc sö dông kh¸ réng, víi kh¶ n¨ng bao trïm tÊt c¶ c¸c vÊn ®Ò vÒ qu¶n lý khai th¸c tµi nguyªn níc. [15, 22, 41] Trong luËn v¨n sö dông m« h×nh MIKE FLOOD lµ m« h×nh kÕt hîp mét chiÒu MIKE 11 vµ hai chiÒu MIKE 21 ®Ó m« pháng lò trµn ®ång trªn hÖ thèng s«ng H¬ng tØnh Thõa Thiªn HuÕ nªn ë ®©y chØ nªu tæng quan vÒ ba m« h×nh -20-
nµy. C¸c m« h×nh kh¸c trong bé m« h×nh MIKE ®· ®îc tr×nh bµy kh¸ chi tiÕt t¹i website http://www.dhigroup.com. MIKE 11 do DHI Water & Environment ph¸t triÓn, lµ mét gãi phÇn mÒm dïng ®Ó m« pháng dßng ch¶y, chÊt lîng níc vµ vËn chuyÓn bïn c¸t ë c¸c cöa s«ng, s«ng, kªnh tíi. MIKE 11 lµ m« h×nh ®éng lùc mét chiÒu vµ th©n thiÖn víi ngêi sö dông nh»m ph©n tÝch chi tiÕt, thiÕt kÕ, qu¶n lý, vËn hµnh cho s«ng còng nh hÖ thèng kªnh dÉn ®¬n gi¶n vµ phøc t¹p. Víi m«i trêng ®Æc biÖt th©n thiÖn víi ngêi sö dông, linh ho¹t vµ tèc ®é, MIKE 11 cung cÊp mét m«i trêng thiÕt kÕ h÷u hiÖu vÒ kü thuËt c«ng tr×nh, tµi nguyªn níc, qu¶n lý chÊt lîng níc vµ c¸c øng dông quy ho¹ch. M« h×nh thñy ®éng lùc MIKE 11 (HD) lµ mét phÇn träng t©m cña m« h×nh MIKE 11, m« h×nh cho phÐp tÝnh thñy lùc trªn m¹ng líi s«ng, kªnh cã thÓ ¸p dông víi chÕ ®é sãng ®éng lùc hoµn toµn ë cÊp ®é cao. Trong chÕ ®é nµy, MIKE 11 cã kh¶ n¨ng tÝnh to¸n víi: - Dßng thay ®æi gÊp. - ¶nh hëng thñy triÒu. - Sãng lò. - Lßng dÉn dèc. - Thay ®æi mÆt c¾t dßng ch¶y. C¸c c«ng tr×nh ®îc m« pháng trong MIKE 11 bao gåm: - §Ëp (®Ëp trµn ®Ønh réng). - Cèng (Cèng h×nh ch÷ nhËt, h×nh trßn...). - Tr¹m b¬m. - Hå chøa. - C«ng tr×nh ®iÒu tiÕt. - CÇu. HÖ ph¬ng tr×nh sö dông trong m« h×nh lµ hÖ ph¬ng tr×nh Saint-Venant mét chiÒu kh«ng gian, víi môc ®Ých t×m quy luËt diÔn biÕn cña mùc níc vµ lu lîng däc theo chiÒu dµi s«ng hoÆc kªnh dÉn theo thêi gian. HÖ gåm hai ph¬ng tr×nh: ph¬ng tr×nh liªn tôc vµ ph¬ng tr×nh ®éng lîng: -21-