BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
ĐÀO TẤN QUY
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN
MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT
TRÊN LƢU VỰC VỪA VÀ NHỎ
Chuyên ngành: Thuỷ văn học
Mã số chuyên ngành: 62 44 90 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2017
Công trình được hoàn thành tại Trƣờng Đại học Thủy lợi
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Phạm Thị Hƣơng Lan
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Ngô Lê Long
Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Bá Quỳ
Phản biện 2: TS. Nguyễn Lập Dân
Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Hoàng Sơn
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Trong những năm gần đây, dưới tác động tiêu cực của các nhân tố tự nhiên, sự
biến đổi khí hậu toàn cầu gây nên tình trạng xói mòn, vận chuyển bùn cát, thoái
hóa đất trên lưu vực, đặc biệt là các vùng đất dốc.
Ở Việt Nam, với 3/4 diện tích là đồi núi và nằm trong vùng nhiệt đới ẩm gió
mùa, nên xói mòn được xem là một hiểm họa đối với đất dốc ở Việt Nam. Nếu
không có biện pháp phòng chống xói mòn thì hàng trăm tấn đất và dinh dưỡng
sẽ bị mất sau mỗi năm và đất trở nên thoái hóa không còn khả năng canh tác.
Chính vì vậy việc “Nghiên cứu xây dựng mô hình toán mô phỏng dòng chảy và
vận chuyển bùn cát trên lưu vực vừa và nhỏ” là cần thiết và cấp bách, áp dụng
tính toán cho các lưu vực sông ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng mô hình mô phỏng dòng chảy và vận
chuyển bùn cát trên lưu vực.
- Ứng dụng mô hình đã xây dựng cho một số lưu vực vừa và nhỏ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Mô hình toán mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn
cát.
- Phạm vi nghiên cứu: Các lưu vực vừa và nhỏ.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các mô hình toán mô phỏng xói mòn và vận chuyển
bùn cát trên lưu vực vừa và nhỏ trên thế giới và ở Việt Nam. Đánh giá tồn tại về
kỹ thuật và chỉ ra vấn đề mà luận án tập trung giải quyết.
- Ứng dụng cơ sở lý thuyết về cơ chế xói mòn và vận chuyển bùn cát để phát
triển mô hình mô phỏng quá trình xói mòn và vận chuyển bùn cát trên lưu vực
vừa và nhỏ.
- Thử nghiệm mô hình đã xây dựng cho một số lưu vực vừa và nhỏ trên địa bàn
tỉnh Sơn La.
2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu; Phương pháp kế thừa.
- Phương pháp viễn thám và GIS.
- Phương pháp mô hình toán mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn cát.
- Phương pháp chuyên gia và tham vấn ý kiến cộng đồng.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần khẳng định
việc nghiên cứu xây dựng mô hình toán mô phỏng vận chuyển bùn cát với ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS là rất hiệu quả và cần thiết trong giai đoạn
hiện nay.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ cung cấp cho địa phương
nguồn dữ liệu và công cụ có thể giám sát, đánh giá, tra cứu thông tin, theo dõi tác
động của xói mòn và vận chuyển bùn cát đến các hoạt động sản xuất khai thác sử
dụng đất và nước để từ đó đề xuất các giải pháp quy hoạch tài nguyên nước, quy
hoạch sử dụng đất phù hợp.
7. Những đóng góp mới của luận án
- Xây dựng được mô hình mô phỏng vận chuyển bùn cát trên lưu vực vừa và
nhỏ, với thuật toán sơ đồ sai phân Lax – Friedrich có thêm trọng số thời gian,
không gian để giải phương trình dòng chảy và phương trình vận chuyển bùn cát
trên lưu vực.
- Xây dựng được phương trình tương quan giữa tính toán xói mòn liên rãnh, xói
mòn rãnh trên lưu vực nghiên cứu, từ đó có thể dự báo lượng bùn cát bị xói
mòn và vận chuyển trên lưu vực theo cường độ mưa.
8. Cấu trúc của luận án: Gồm 3 chương
Chương I: Tổng quan về mô hình toán mô phỏng vận chuyển bùn cát trên lưu
vực vừa và nhỏ.
Chương II: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng mô hình toán mô phỏng vận
chuyển bùn cát trên lưu vực vừa và nhỏ.
Chương III: Thử nghiệm mô hình để mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn
cát cho một số lưu vực vừa và nhỏ.
3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT TRÊN LƢU VỰC VỪA VÀ NHỎ
1.1 Tổng quan về xói mòn và vận chuyển bùn cát trên lƣu vực
1.1.1 Một số khái niệm, thuật ngữ
1.1.1.1 Xói mòn lưu vực
Xói mòn là hiện tượng các phần tử mảnh, cục và có khi cả lớp bề mặt đất bị bào
mòn, cuốn trôi do sức gió và sức nước.
Xói mòn do nước phụ thuộc vào năng lượng xói mòn của dòng nước và sức
kháng đối với xói mòn của đất đá nơi dòng nước chảy qua.
1.1.1.2 Bùn cát và bồi lắng
Bùn cát lơ lửng là những hạt bùn cát có kích thước nhỏ, nổi lơ lửng khắp và
chuyển động trôi theo dòng nước. Tốc độ chuyển động của bùn cát lơ lửng bằng
tốc độ chuyển động của dòng nước.
Bồi lắng là các hạt đất tách ra do xói mòn được lắng lại trong đất hoặc bên
trong các nguồn nước như: hồ, suối và đất ngập nước.
1.1.2 Nguyên nhân chính gây xói mòn, ảnh hưởng đến xói mòn
1.1.2.1 Các yếu tố gây xói mòn
a. Nhóm nhân tố mưa: Lượng mưa, cường độ mưa, và sự phân bố sẽ
quyết định đến lực phân tán các hạt của đất, đến lượng nước và vận tốc của
nước chảy tràn. Thời gian mưa ngắn cũng hạn chế xói mòn do không đủ lượng
nước hình thành dòng chảy. Khi cường độ mưa lớn, thời gian mưa kéo dài thì
xói mòn rất nghiêm trọng.
b. Nhóm nhân tố thành phần cơ lý của đất: Đối với đất có thành phần cơ
giới nặng thì kích thước các hạt nhỏ, mịn, liên kết chặt, khó bị phá vỡ nên nguy
cơ xảy ra xói mòn là không cao. Đối với đất có thành phần cơ giới trung bình
thì kích thước hạt nhỏ vừa phải, liên kết vừa phải, tơi xốp, dễ bị cuốn trôi khi
xuất hiện dòng chảy mặt nên nguy cơ bị xói mòn cao. Đối với đất có thành
phần cơ giới nhẹ, mặc dù có kết cấu kém bền vững nhưng có kích thước hạt lớn
khó vận chuyển nên nguy cơ xảy ra xói mòn là không cao, loại đất này có khả
năng thấm nước tốt nhưng giữ nước kém.