Sö DôNG C¸C PHÇN MÒM Hä MIKE TRONG NGHI£N CøU Lò, Lò DO Vì §ËP Vµ Dù B¸O Lò T¹I VIÖN KHOA HäC THUû LîI
Tãm t¾t: Bµi viÕt tr×nh bµy vÒ viÖc øng dông c¸c phÇn mÒm hä MIKE trong c«ng t¸c nghiªn cøu vÒ lò vµ dù b¸o lò còng nh− nghiªn cøu lò do vì ®Ëp. C¸c m« h×nh to¸n phôc vô nghiªn cøu lò vµ lò do vì ®Ëp trong toµn bé hÖ thèng s«ng Hång ®−îc thiÕt lËp vµ tÝnh to¸n ®¸nh gi¸ c¸c kÞch b¶n. C¸c m« h×nh ®· ®−îc ¸p dông hiÖu qu¶ vµo mét sè ®Ò tµi cÊp Nhµ n−íc vµ cÊp Bé. M« h×nh dù b¸o lò kÕt hîp c¸c m« h×nh thuû v¨n vµ thuû lùc còng ®· ®−îc thiÕt lËp, phôc vô c«ng t¸c t− vÊn ®iÒu hµnh hå Hoµ B×nh hµng n¨m.
GS.TS. TrÇn §×nh Hîi1 TS. NguyÔn V¨n H¹nh2
1. Giíi thiÖu
Nghiªn cøu lò vµ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn lò lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc quan träng ®èi víi n−íc ta, c¶ ë ®ång b»ng B¾c Bé vµ c¶ n−íc. Trong ph¹m vi lín, ph−¬ng ph¸p m« h×nh to¸n lµ ph−¬ng ph¸p chñ ®¹o do gi¸ thµnh gi¶m ®¸ng kÓ trong viÖc x©y dùng m« h×nh còng tiÕn hµnh c¸c nghiªn cøu khi thay ®æi c¸c ph−¬ng ¸n.
T¹i n−íc ta, mét sè t¸c gi¶ còng ®· x©y dùng vµ ¸p dông t−¬ng ®èi hiÖu qu¶ c¸c ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n dßng ch¶y phôc vô c«ng t¸c nghiªn cøu lò. Mét sè t¸c gi¶ vµ ch−¬ng tr×nh ®iÓn h×nh lµ GS.TSKH. NguyÔn ¢n Niªn víi bé ch−¬ng tr×nh KOD, GS.TS. NguyÔn Nh− Khuª víi ch−¬ng tr×nh VRSAP, PGS.TS. NguyÔn TÊt §¾c víi ch−¬ng tr×nh TLUC, ViÖn C¬ häc víi c¸c ch−¬ng tr×nh TL1 vµ TL2. MÆc dï ®· cã nh÷ng øng dông hiÖu qu¶ nh−ng nh×n chung c¸c ch−¬ng tr×nh trong n−íc ch−a cã tÝnh th−¬ng m¹i ho¸ nªn th−êng khã sö dông. §ång thêi c¸c ch−¬ng tr×nh nµy còng chØ gi¶i quyÕt m« pháng dßng ch¶y cho chÕ ®é dßng ch¶y ªm.
Vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1990, ViÖn Khoa häc Thuû lîi, th«ng qua mét dù ¸n tµi trî cña UNDP, ®−îc trang bÞ phÇn mÒm WENDY cña Hµ Lan. T¹i thêi ®iÓm ®ã, ch−¬ng tr×nh ®· ph¸t huy t¸c dông tèt phôc vô nghiªn cøu vÒ x©y dùng hµnh lang tho¸t lò. Tuy nhiªn, vÒ mÆt lý thuyÕt vÉn cßn nhiÒu khiÕm khuyÕt vµ giao diÖn cho m«i tr−êng DOS còng trë nªn l¹c hËu nªn kh«ng thÓ sö dông ®−îc n÷a.
Tõ n¨m 2002 ®Õn nay, ViÖn Khoa häc Thuû lîi cïng víi mét sè c¸c ®¬n vÞ trong ngµnh, th«ng qua dù ¸n "N©ng cao n¨ng lùc c¸c ViÖn ngµnh n−íc" do ChÝnh phñ §an M¹ch tµi trî, ®· ®−îc tr¹ng bÞ mét sè c¸c phÇn mÒm hä MIKE cña ViÖn Nghiªn cøu Thuû lùc §an M¹ch nh−
________________
1, 2. ViÖn Khoa häc Thuû lîi.
300
MIKE 11, MIKE 21, MIKE FLOOD, MIKE BASIN,... §©y lµ mét bé c«ng cô t−¬ng ®èi tèt, ®−îc nhiÒu n−íc t¹i ch©u ¸ vµ thÕ giíi sö dông. Chóng t«i ®· sö dông c¸c m« h×nh nµy ®Ó x©y dùng c¸c c«ng cô m« h×nh to¸n phôc vô nghiªn cøu lò vµ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn nã. B−íc ®Çu cã thÓ thÊy r»ng ®©y lµ mét trong nh÷ng bé ch−¬ng tr×nh dÔ sö dông, hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c lÜnh vùc liªn quan ®Õn lò. §iÒu ®ã ®−îc thÓ hiÖn khi ¸p dông c¸c m« h×nh to¸n ®· x©y dùng ®−îc vµo mét sè c¸c ®Ò tµi cÊp Nhµ n−íc vµ cÊp Bé.
2. X©y dùng c¸c m« h×nh to¸n dùa trªn c¸c m« h×nh hä mike vµ tÝnh to¸n ®¸nh gi¸ mét sè kÞch b¶n lò
§Þa ®iÓm vµ ph¹m vi nghiªn cøu lµ ®ång b»ng s«ng Hång - Th¸i B×nh bao gåm c¸c hÖ thèng s«ng Hång, Th¸i B×nh, §¸y vµ c¸c vïng ph©n lò vµ chøa lò. Riªng ®èi víi l−u vùc s«ng §µ ph¹m vi nghiªn cøu tÝnh tõ biªn giíi.
2.1. M« h×nh thuû ®éng tÝnh lò trµn cho hÖ thèng s«ng Hång - Th¸i B×nh
M« h×nh ®−îc x©y dùng trªn toµn bé hÖ thèng s«ng Hång - Th¸i B×nh, bao gåm m¹ng tÝnh
to¸n dßng ch¶y trong m¹ng l−íi s«ng, ph©n lò, chËm lò vµ lò trµn ®ª vµo c¸c vïng ®ång b»ng.
[meter]
Standard - RES1971_125YEARS_0HB.RES11
2410000.0
2400000.0
2390000.0
2380000.0
2370000.0
2360000.0
2350000.0
2340000.0
2330000.0
2320000.0
2310000.0
2300000.0
2290000.0
2280000.0
2270000.0
2260000.0
2250000.0
2240000.0
2230000.0
2220000.0
2210000.0
450000.0
500000.0
550000.0
600000.0
650000.0
700000.0
750000.0
[meter]
H×nh 1. M¹ng l−íi tÝnh to¸n ®Çy ®ñ
- M¹ng l−íi s«ng: M¹ng l−íi s«ng cña m« h×nh bao gåm tÊt c¶ c¸c hÖ thèng s«ng trªn ®ång b»ng B¾c Bé: + HÖ thèng s«ng Hång: s«ng §µ, s«ng Thao, s«ng L«, s«ng Ch¶y, s«ng Phã §¸y, s«ng
Hång, s«ng Trµ Lý, s«ng §µo, s«ng Ninh C¬.
+ HÖ thèng s«ng Th¸i B×nh: s«ng Cµ Lå, s«ng CÇu, s«ng Th−¬ng, s«ng Lôc Nam, s«ng Th¸i B×nh, s«ng §uèng, s«ng Luéc, s«ng Ho¸, s«ng Kinh ThÇy - §¸ B¹ch, s«ng Hµn, s«ng CÊm, s«ng Lai Vu, s«ng Kinh M«n, s«ng L¹ch Tray, s«ng V¨n óc, s«ng Gïa, s«ng MÝa, s«ng Míi.
+ HÖ thèng s«ng §¸y: s«ng §¸y, s«ng TÝch, s«ng Hoµng Long. - Biªn cña m« h×nh: + Biªn l−u l−îng th−îng l−u t¹i c¸c tr¹m: Hoµ B×nh trªn s«ng §µ, Yªn B¸i trªn s«ng Thao,
301
Th¸c Bµ trªn s«ng Ch¶y, Tuyªn Quang trªn s«ng L«, Liªn S¬n trªn s«ng Phã §¸y, Phó C−êng trªn s«ng Cµ Lå, Th¸c Huèng trªn s«ng CÇu, CÇu S¬n trªn s«ng Th−¬ng, Chò trªn s«ng Lôc Nam, ChÝ Thuû trªn s«ng TÝch, H−ng Thi trªn s«ng Hoµng Long.
+ Biªn mùc n−íc h¹ l−u: Cöa §¸y thuéc s«ng §¸y, cöa Ninh C¬ thuéc s«ng Ninh C¬, cöa Ba L¹t thuéc s«ng Hång, cöa Trµ Lý thuéc s«ng Trµ Lý, cöa Th¸i B×nh thuéc s«ng Th¸i B×nh, cöa V¨n óc, cöa L¹ch Tray, cöa CÊm, cöa §¸ B¹ch.
- C¸c « chøa lò vµ kü thuËt m« pháng: Toµn bé ®ång b»ng ®−îc chia thµnh 247 « chøa lò. Kü thuËt sö dông « chøa lò ë ®©y lµ kü thuËt sö dông c¸c ®o¹n s«ng gi¶ vµ c¸c « chøa lò. §Ó m« h×nh cã chÊt l−îng cao cÇn nhiÒu thêi gian hiÖu chØnh vµ nghiªn cøu thùc ®Þa trong t−¬ng lai.
Sù ph©n chia thµnh c¸c « ®−îc dùa trªn b¶n ®å m« h×nh sè (DEM), ¶nh vÖ tinh, cao tr×nh ®ª, cao tr×nh c¸c ®−êng giao th«ng. §ång thêi còng hiÖu chØnh vµ lµm ®ång bé gi÷a c¸c tµi liÖu mÆt c¾t vµ b¶n ®å sè ®Ó t¹o ra c¸c « liÒn s«ng hay hiÖu chØnh mÆt c¾t s«ng. Tõ c¸c tµi liÖu trªn x©y dùng ®−îc mét b¶n ®å m« h×nh sè vµ hÖ thèng mÆt c¾t ®ång bé. Tõ ®ã sè ho¸ c¸c « chøa lò, tÝnh quan hÖ cao tr×nh diÖn tÝch, x¸c ®Þnh ®Æc ®iÓm vµ kiÓu cña c¸c khu tr÷ lò.
- C¸c c«ng tr×nh trong hÖ thèng m¹ng: Víi phiªn b¶n hiÖn t¹i, cèng V©n Cèc vµ ®Ëp §¸y lµ hai c«ng tr×nh trong m¹ng vµ chóng
®−îc xö lý ®ãng më ®óng theo quy tr×nh ®iÒu hµnh hiÖn t¹i:
+ Cèng V©n Cèc liªn kÕt gi÷a hå V©n Cèc vµ s«ng Hång t¹i ®Þa phËn c¸c huyÖn §an Ph−îng vµ Phóc Thä tØnh Hµ T©y. Cèng cã 26 c¸nh, mçi c¸nh réng 8m. Cao tr×nh ®¸y cèng lµ 12m vµ ®Ønh cèng lµ 14,4m. Trong 20 phót ®Çu c¸nh cèng n©ng tõ cao tr×nh 12m ®Õn 12,6m ®Ó ®¶m b¶o l−u l−îng kho¶ng 2000m3/s. Sau ®ã sÏ tõ tõ më hÕt ®Õn cao tr×nh 14,4m trong vßng 1 giê n÷a. Khi mùc n−íc th−îng l−u cèng t¹i s«ng Hång gi¶m xuèng d−íi 15m th× cèng b¾t ®Çu ®ãng. Thêi gian ®ãng cèng còng lµ mét giê. Thêi ®iÓm b¾t ®Çu më cña cèng V©n Cèc phô thuéc vµo mùc n−íc Hµ Néi (vÝ dô khi mùc n−íc Hµ Néi > 13,4m).
+ §Ëp §¸y lµ c«ng tr×nh liªn kÕt gi÷a hå V©n Cèc vµ s«ng §¸y ®−îc x©y dùng tõ n¨m 1934. Ban ®Çu ®Ëp cã 7 cöa, mçi cöa réng 33,75m. Sau khi vËn hµnh lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1945 mét c¸nh bÞ háng nªn hiÖn t¹i cßn 6 cöa ho¹t ®éng. Cao tr×nh t−êng ngùc cña ®Ëp lµ 13,9m, cao tr×nh ®¸y lµ 9m. C¸c c¸nh ®ãng më theo chu tr×nh më vµ nghØ xen kÏ nhau. Mçi chu tr×nh lµ 1 giê 35 phót b¾t ®Çu tõ cao tr×nh 13,9m, xuèng 12,9m, xuèng 11,7m, xuèng 10,35m, vµ cuèi cïng xuèng ®Õn 9m. Tæng céng hÕt 12 giê 40 phót.
§Ëp §¸y ®−îc më khi chªnh lÖch mùc n−íc th−îng, h¹ l−u lín h¬n 6m.
2.2. M« h×nh thuû ®éng mét chiÒu m« pháng sãng vì ®Ëp cho hÖ thèng s«ng Hång - Th¸i B×nh
M« h×nh ®−îc x©y dùng trªn toµn bé hÖ thèng s«ng Hång - Th¸i B×nh, bao gåm m¹ng tÝnh to¸n dßng ch¶y trong m¹ng l−íi s«ng, ph©n lò, chËm lò vµ lò trµn ®ª vµo c¸c vïng ®ång b»ng. Trong tr−êng hîp nµy toµn bé s«ng §µ tõ biªn giíi ViÖt - Trung ®Õn hå Hoµ B×nh ®−îc bæ sung vµo m¹ng l−íi tÝnh to¸n víi hai ®Ëp lµ S¬n La vµ Hoµ B×nh.
302
[meter]
Standard - DBRES1996_10000YEARS_3SECT_223M_N10.RES11
2500000.0
2480000.0
2460000.0
2440000.0
2420000.0
2400000.0
2380000.0
2360000.0
2340000.0
2320000.0
2300000.0
2280000.0
2260000.0
2240000.0
2220000.0
2200000.0
200000.0
250000.0
300000.0
350000.0
400000.0
450000.0
500000.0
550000.0
600000.0
650000.0
700000.0 [meter]
H×nh 2. M¹ng l−íi tÝnh to¸n vì ®Ëp S¬n La vµ Hoµ B×nh
Thùc chÊt m« h×nh lµ sù kÕ thõa cña m« h×nh thuû ®éng trong tr−êng hîp lò tù nhiªn b»ng c¸ch thªm vµo ®o¹n s«ng §µ tõ biªn giíi ViÖt - Trung ®Õn hå Hoµ B×nh, vµ thªm hai c«ng tr×nh lµ ®Ëp S¬n La vµ ®Ëp Hoµ B×nh.
2.3. §¸nh gi¸ mét sè kÞch b¶n lò vµ lò do vì ®Ëp
2.3.1. C¸c kÞch b¶n lò
M« h×nh ®−îc øng dông ®Ó tÝnh to¸n vµ x©y dùng c¸c b¶n ®å lò cho c¸c kÞch b¶n lò tù nhiªn víi c¸c chu kú lò 125, 500 vµ 1000 n¨m, d¹ng lò n¨m 1971 vµ n¨m 1996 cã sù tham gia ®iÒu tiÕt vµ kh«ng ®iÕu tiÕt cña hå Hoµ B×nh. C¸c sè liÖu vÒ trËn lò ®−îc trÝch tõ dù ¸n “X©y dùng c«ng nghÖ m« pháng sè phôc vô viÖc ®¸nh gi¸ vµ ®iÒu hµnh c¸c biÖn ph¸p phßng chèng lò lôt trªn ®ång b»ng s«ng Hång”. §©y lµ c¸c kÞch b¶n mµ mét sè c¸c t¸c gi¶ kh¸c còng nh− ViÖn C¬ häc ®· tÝnh to¸n. C¸c kÞch b¶n lò ®−îc liÖt kª trong B¶ng 1.
C¸c b¶n ®å lò ®−îc m« t¶ nh− trong H×nh 3.
B¶ng 1. C¸c kÞch b¶n tÝnh to¸n m« h×nh lò trµn
Chu kú lò (n¨m) D¹ng lò 1971 125
1996
500 1971
1996
1000 1971
1996 §iÒu tiÕt hå Hoµ B×nh kh«ng cã kh«ng cã kh«ng cã kh«ng cã kh«ng cã kh«ng cã KÞch b¶n I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
303
H×nh 3. B¶n ®å ngËp lôt
Tãm t¾t ®¸nh gi¸ c¸c kÞch b¶n nh− sau: - §èi víi lò cã chu kú 125 n¨m, nÕu cã sù tham gia ®iÒu tiÕt cña hå Hoµ B×nh th× ch−a cÇn ph©n lò vµo s«ng §¸y. Mùc n−íc t¹i Hµ Néi ë giíi h¹n cho phÐp vµ ®Òu duíi 13,4 m. NÕu hå Hoµ B×nh kh«ng tham gia ®iÒu tiÕt th× cÇn ph©n lò vµo s«ng §¸y.
- §èi víi lò cã chu kú 500 vµ 1000 n¨m th× kÓ c¶ ®iÒu tiÕt hå Hoµ B×nh vµ ph©n lò s«ng §¸y
còng kh«ng ng¨n ®−îc dßng lò trµn ®ª (xem c¸c h×nh vÏ ®−êng mÆt n−íc däc theo s«ng Hång).
- L−u l−îng lín nhÊt qua ®Ëp §¸y lµ nhá h¬n so víi c¸c m« h×nh tÝnh to¸n tr−íc ®©y. L−u
l−îng lín nhÊt tÝnh to¸n t¹i S¬n T©y còng ®Òu nhá h¬n nhiÒu so víi l−u l−îng thiÕt kÕ lò.
2.3.2. C¸c kÞch b¶n lò do vì ®Ëp
B¶ng 2. C¸c kÞch b¶n tÝnh to¸n vì ®Ëp
KÞch b¶n Ph−¬ng ¸n nh¸m
Z ban ®Çu SL-HB Sè khoang vì t¹i S¬n La- Z ®¸y Ph−¬ng ¸n ®Ëp S¬n La
215-99 3-169 ThÊp 0,010 I
215-99 3-169 ThÊp 0,035 II
215-99 3-169 ThÊp 0,050 III
270-99 3-169 Cao 0,010 IV
270-99 3-169 Cao 0,035 V
270-99 3-169 Cao 0,050 VI
215-99 4-169 ThÊp 0,010 VII
215-99 3-169 ThÊp 0,035 VIII
215-99 3-169 ThÊp 0,050 IX
270-99 3-169 Cao 0,010 X
270-99 3-169 Cao 0,035 XI
270-99 3-169 Cao 0,050
XII