Tóm tắt Luận văn Thạc sỹ ứng dụng: Nghiên cứu giải pháp xây dựng kè bảo vệ bờ sông Lại Giang đoạn Khánh Trạch, tỉnh Bình Định

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu giải pháp xây dựng kè bảo vệ bờ sông Lại Giang đoạn Khánh Trạch, tỉnh Bình Định" tập trung làm rõ nguyên nhân, cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn bờ. Ứng dụng mô hình số trị tính toán trường phân bố vận tốc qua đoạn sông cong làm cơ sở để đề ra giải pháp bảo vệ bờ đoạn sông này, nhằm tránh xói lở bờ khi có lũ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sỹ ứng dụng: Nghiên cứu giải pháp xây dựng kè bảo vệ bờ sông Lại Giang đoạn Khánh Trạch, tỉnh Bình Định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN BẢO NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÂY DỰNG KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG LẠI GIANG ĐOẠN KHÁNH TRẠCH, TỈNH BÌNH ĐỊNH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 8580202 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ỨNG DỤNG Đà Nẵng-2018
Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Hướng dẫn khoa học: GS. TS. Nguyễn Thế Hùng Phản biện 1: PGS.TS. Hồ Sỹ Tâm Phản biện 2: TS. Kiều Xuân Tuyển Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ứng dụng kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học Bách khoa. Vào hồi 08 giờ 00 ngày 21 tháng 6 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Xây dựng thủy lợi – thủy điện
-1- MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sông Lại Giang là sông lớn thứ hai của tỉnh Bình Định, được hình thành từ sự hợp lưu của hai dòng sông là An Lão và Kim Sơn tại vùng giáp ranh giữa hai huyện Hoài Ân và Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định, từ đó chảy qua các xã của huyện Hoài Nhơn theo hướng chính Đông Tây và đổ ra biển Đông qua cửa An Dũ. Từ điểm hợp lưu ra đến cửa biển An Dũ chiều dài sông Lại Giang khoảng 18,51km. Hệ thống sông Lại Giang ngắn, dòng sông quanh co uốn khúc, lưu vực sông có địa hình dốc...Vì vậy lũ của hệ thống sông Lại Giang với thời gian tập trung nước nhanh. Mỗi khi lũ về với mực nước cao gây ngập lụt rộng khắp trên toàn vùng hạ du. Khi lũ về cũ ng mang theo khố i lươ ̣ng lớ n bù n cá t gây hiê ̣n tươ ̣ng xó i, bồ i biế n hı̀nh lò ng sông và sa ̣t lở má i bờ sông suố t do ̣c theo hai bên bờ sông An Lao, Kim ̃ Sơn và La ̣i Giang. Do chịu ảnh hưởng của chế độ khí tượng, thủy văn vùng ven biển miền Trung, dòng chảy trên Sông Lại Giang chia thành 2 mùa rõ rệt, mùa khô là thời kỳ khô hạn trong năm, lưu lượng trên sông nhỏ, ảnh hưởng tới việc cấp nước cho nông nghiệp và dân sinh. Mùa lũ hàng năm tập trung đến 80% lượng dòng chảy trong năm. Mùa mưa lũ tập trung nhanh, lũ lớn, kết hợp triều cường gây ngập lụt và xói, bồi cho các khu vực nằm ở hai bên sông. Các kết quả đã nghiên cứu về sông Lại Giang: Đề tà i Khả o sá t lâ ̣p bá o cá o nghiên cứ u Quy hoa ̣ch chı̉nh tri ̣ sông vù ng xó i lở tro ̣ng điể m củ a sông La ̣i Giang do Phân viê ̣n vâ ̣t lý ta ̣i TP. Hồ Chı́ Minh thuô ̣c Trung tâm Nghiên cứ u chı̉nh tri ̣ sông và phòng chống thiên tai lập xác định cho thấy Sông Lại Giang hiện có tới 58 khu vực sạt lở bờ.
-2- Trong công tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai do sạt lở bờ sông có hai giải pháp: phi công trình và công trình. Đối với sông Lại Giang, trong giai đoạn hiện nay công tác phòng chống sạt lở bờ sông thì lấy việc dự báo hoạch định phạm vi kinh tế di dời phòng tránh thiên tai làm chính, và chỉ xây dựng công trình bảo vệ bờ ở những khu vực có ý nghĩa quan trọng về hình thái sông và kinh tế, xã hội. Vấn đề cốt lõi của quy hoạch chỉnh trị sông đối với các khu vực xói lở trọng điểm trên hệ thống sông Lại Giang là vạch ra được tuyến chỉnh trị và các phương án bố trí công trình chỉnh trị và cần nghiên cứu sâu hơn về phần các tham số của tuyến chỉnh trị và kích thước công trình chỉnh trị ở các đoạn trên sông Lại Giang trước khi triển khai thực hiện. Đoạn bờ sông Khách Trạch thuộc bờ hữu sông Lại Giang đoạn đi qua xã Hoài Mỹ huyện Hoài Nhơn có chiều dài khoảng 1.600m, cách cửa sông An Dũ khoảng 3.000m. Do tác động của dòng chảy lũ qua nhiều năm bị xói mòn, xâm thực bờ tạo nên đoạn sông cong, gấp khúc gây uy hiếp đến tính mạng, tài sản của nhân dân và cơ sở hạ tầng ven sông. Hiện trạng, đoạn bờ sông Khánh Trạch đang bị xói mòn mạnh cả bờ và đáy nên cần có biện pháp bảo vệ bờ hợp lý để đảm bảo an toàn và kinh tế. Do vậy, luận văn đi nghiên cứu tính toán dòng chảy và diễn biến lòng sông đoạn Khánh Trạch làm cơ sở đề ra các giải pháp thích hợp để bảo vệ đoạn sông này là cần thiết. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Làm rõ nguyên nhân, cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn bờ. Ứng dụng mô hình số trị tính toán trường phân bố vận tốc qua đoạn sông cong làm cơ sở để đề ra giải pháp bảo vệ bờ đoạn sông này, nhằm tránh xói lở bờ khi có lũ.
-3- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế độ dòng chảy và diễn biến lòng sông đoạn bờ sông Khách Trạch thuộc bờ hữu sông Lại Giang đoạn đi qua xã Hoài Mỹ huyện Hoài Nhơn có chiều dài khoảng 1.600m. 4. Phương pháp nghiên cứu - Điều tra, thống kê và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài; - Các số liệu thiết kế công trình (hồ sơ khảo sát địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, thiết kế kỹ thuật công trình…); - Nghiên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyết của công nghệ xây dựng công trình bảo vệ bờ, các biện pháp xử lý. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ứng dụng các thành tựu khoa học, tin học, các tiến bộ kỹ thuật mới và các kinh nghiệm thực tế để đánh giá ổ n đinh bờ sông. ̣ - Định hướng sự xói lở, bồi lắng do biến đổi dòng chảy để đưa ra phương án chỉnh trị nhằm hạn chế thiệt hại do dòng chảy gây ra. Phục vụ công tác phòng chống lũ, chỉnh trị bờ sông, lòng sông nhằm phát triển kinh tế xã hội và cuộc sống dân cư ven bờ sông Lại Giang huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định. 6. Cấu trúc luận văn MỞ ĐẦU: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2: CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ HIỆN TRẠNG DIỄN BIẾN LÒNG SÔNG LẠI GIANG ĐOẠN KHÁNH TRẠCH CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MIKE21-FM TÍNH TOÁN ĐOẠN SÔNG KHÁNH TRẠCH, TỈNH BÌNH ĐỊNH CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
-4- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU 1.1. Đặc điểm tự nhiên 1.1.1. Vị trí địa lý Vị trí đoạn sông nghiên cứu thuộc sông Lại Giang nằm ở khu vực ranh giới giữa thôn Mỹ Thọ và thôn Khánh Trạch thuộc xã Hoài Mỹ huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định, cách ủy ban nhân dân xã Hoài Mỹ 750m về phía Bắc, cách Thị trấn Bồng Sơn khoảng 7km về phía Đông theo đường chim bay. Có tọa độ địa lý vào khoảng: 140 27’ 58” - Vĩ độ Bắc; 1090 04’ 20” - Kinh độ đông. 1.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 1.1.4. Đặc điểm khí hậu 1.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội 1.2.1. Dân số và lao động 1.2.2. Cơ sở hạ tầng kỹ thuật và xã hội 1.2.3. Hiện trạng kinh tế 1.3. Phương hướng phát triển kinh tế xã hội 1.3.1. Mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội chủ yếu: 1.3.2. Phương hướng phát triển theo các vùng: 1.4. Các vấn đề nghiên cứu về chỉnh trị sông 1.4.1. Động lực học sông ngòi và chỉnh trị sông Động lực học sông ngòi và chỉnh trị sông phát triển mạnh mẽ từ giữa thế kỹ XIX. Những nghiên cứu của các nhà khoa học Pháp như Du Boys về chuyển động bùn cát, Barre de Saint-Venant về dòng không ổn định, L. Fargue về hình thái dòng sông uốn khúc vào năm 1985 nhà khoa học Nga Lotchin V.M đã đưa ra luận văn “cơ cấu lòng sông” làm cơ sở cho môn động lực học sông ngòi ở Nga về sau này [11].
-5- Từ giữa thế kỹ XX đến nay do ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các kỹ thuật tính toán. Động lực học sông ngòi đã có những bước phát triển mới bằng việc hoàn thiện mô hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp, bằng những thiết bị hiện đại trong đo đạc, nhanh chóng và chính xác trong nghiên cứu thực địa. Trong nghiên cứu mô hình vật lý thực hiện những tiêu chuẩn tương tự khó hoặc trong mô hình toán đã giải quyết được các bài toán về dòng không ổn định nhiều chiều bằng phương pháp số v.v... Đã xuất hiện những tên tuổi như Cung J.A (Pháp), Mamak W (Ba Lan), Grisanhin K.V (Liên Xô) v.v... hoặc xuất hiện những công trình tập thể, cơ quan nghiên cứu như DELFT (Hà Lan), Học viện thủy lợi Vũ Hán (Trung Quốc) v.v... [11]. 1.4.2. Hiện tượng xói lở, bồi tụ lòng sông Xói lở, bồi tụ lòng sông là hiện tượng nổi bật thường xuyên xảy ra ở các sông ngòi trên khắp thế giới. Nguyên nhân chính của thực trạng này thường do sự tác động tổng hợp của các điều kiện tự nhiên và kinh tế-xã hội. Trong sông ngòi tự nhiên có xu hướng hình thành các vũng sâu và bãi bồi. N.X.Leliavski là người đầu tiên đã giải thích một cách đầy đủ cấu trúc các dòng bên trong nước tự nhiên. Từ các thí nghiệm đo bằng các dụng cụ đặc biệt ông đã đi tới kết luận: “Trong sông tồn tại hai dòng, dòng trên chụm lại và đi sâu xuống đáy ở đường sâu nhất, tạo nên những đường khoét sâu nhẵn, đưa đất đá bị xói về một phía; dòng thứ hai ở đáy tỏa ra hình quạt, lệch khỏi đường trên và hướng thẳng góc vào bờ và đưa đất đá bồi vào bãi cạn” [11]. 1.4.3. Công trình chỉnh trị sông thành công ở trong nước có liên quan đến đề tài a) Chỉnh trị đoạn Trung Hà trên sông Đà [15] b) Chỉnh trị đoạn Quản Xá trên sông Chu [15] 1.4.4. Các vấn đề còn tồn tại trong chỉnh trị sông
-6- Lịch sử chỉnh trị sông cho thấy nhiều công trình hoàn thành đã được phát huy tác dụng, ngược lại cũng không ít các công trình chỉnh trị sau khi xây dựng bị thất bại. Các trường hợp thất bại hoặc hiệu quả không được như mong muốn của các dự án chỉnh trị sông đều có nguyên nhân chủ yếu từ việc bố trí mặt bằng, xác định cao trình đỉnh của hệ thống công trình chỉnh trị. Trong đó, việc xác định vị trí, chiều dài, góc độ và cao trình của các loại công trình hướng dòng có ý nghĩa quyết định. Việc này đòi hỏi những nghiên cứu công phu về động lực học lòng sông. 1.5. Các công trình nghiên cứu trên lưu vực sông Lại Giang [8], [14] 1.5.1. Khả o sá t lập bá o cá o nghiên cứ u Quy hoạch chı̉nh tri ̣ sông vù ng xó i lở trọng điể m củ a sông Lại Giang của Phân viê ̣n vật lý tại thành phố Hồ Chı́ Minh thuộc Trung tâm Nghiên cứ u chı̉nh tri ̣ sông và Phòng chống thiên tai 1.5.2. Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ chống bồi lấp cửa sông Lại Giang ổn định thoát lũ của Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam 1.5.3. Xây dựng bản đồ ngập lụt tỉnh Bình Định của Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc gia-Đài khí tượng thủy văn khu vực Nam trung bộ 1.5.4. Xử lý hậu quả môi trường và tăng cường năng lực ứng phó với sự cố môi trường do lũ lụt gây ra và chỉnh trị các cửa biển An Dũ, Hà Ra, Đề Gi - tỉnh Bình Định do Phân viện Vật lý tại TP. Hồ Chí Minh lập năm 2000 1.5.5. Dự án Chỉnh trị cửa sông An Dũ do Viện Khoa học Thủy lợi lập năm 2004 1.6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài luận văn Từ yêu cầu đặt ra, nội dung nghiên cứu của đề tài luận văn gồm các nội dung sau:
-7- - Phân tích diễn biến, đánh giá thực trạng và xác định nguyên nhân bất ổn định lòng dẫn đoạn sông nghiên cứu, bao gồm đặc điểm dòng chảy, vận chuyển bùn cát, hình thái lòng dẫn, tình hình địa chất mái bờ sông. - Ứng dụng mô hình toán MIKE 11, MIKE 21 tính toán, mô phỏng đoạn sông nghiên cứu. - Đề xuất các giải pháp ổn định lòng dẫn đoạn sông nghiên cứu: Xác lập tuyến chỉnh trị đoạn sông bảo đảm hạn chế các biến động gây xói sạt lở bờ và bồi động lòng sông. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Hiện tượng sạt lở, bồi tụ lòng sông Lại Giang diễn ra ngày càng phức tạp, gây ra nhiều thiệt hại đáng kể đến cơ sở hạ tầng, đời sống, kinh tế-xã hội. Do vậy việc nghiên cứu, ứng dụng các thành tựu khoa học trong chỉnh trị sông, khắc phục các nhược điểm tồn tại đưa ra giải pháp bảo vệ bờ sông đoạn Khánh Trạch nhằm giải quyết các vấn đề bức xúc hiện nay cũng như đáp ứng nhu cầu, phương hướng phát triển kinh tế xã hội trong tương lai của huyện Hoài Nhơn nói riêng và tỉnh Bình Định nói chung là rất cần thiết.
-8- CHƯƠNG 2 CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ HIỆN TRẠNG DIỄN BIẾN LÒNG SÔNG LẠI GIANG ĐOẠN KHÁNH TRẠCH 2.1. Đặc điểm hệ thống sông 2.1.1. Đặc trưng lưu vực Sông Lại Giang bắt nguồn từ các dãy núi có độ cao từ 900 ÷ 1000m, gồm 2 nhánh sông lớn là sông An Lão và sông Kim Sơn. Mạng lưới sông suối lưu vực Lại Giang tương đối dày. Ngoài 2 nhánh sông lớn là sông An Lão và sông Kim Sơn, còn có rất nhiều các nhánh sông suối nhỏ phân bố dạng nan quạt đổ vào sông Lại Giang. 2.1.2. Đặc điểm thảm phủ thực vật Thượng lưu Sông Lại Giang là vùng núi cao, rừng tự nhiên còn phong phú, phần trung lưu là rừng mới trồng do ảnh hưởng của khai thác. Nhìn chung bề mặt lưu vực thảm phủ của lưu vực Sông Lại Giang đã bị khai thác nhiều của con người nên đã tác động đáng kể đến sự điều tiết dòng chảy của lưu vực. 2.1.3. Trạm quan trắc khí tượng, thủy văn 2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn 2.2.1. Các đặc trưng khí tượng a) Nhiệt độ không khí b) Độ ẩm không khı́ c) Nắng d) Gió e) Bốc hơi f) Chế độ mưa 2.2.2. Các hiện tượng thời tiết đặc biệt a) Bão và áp thấp nhiệt đới b) Gió mùa Đông Bắc
-9- c) Gió Tây khô nóng d) Dông e) Sương mù 2.2.3 Đặc điểm thủy văn a) Dòng chảy năm Dòng chảy năm phân phối không đều. Lượng dòng chảy 3 tháng mùa lũ chiếm khoảng từ 73% lượng dòng chảy cả năm, lượng dòng chảy 9 tháng mùa cạn chỉ chiếm khoảng từ 27% lượng dòng chảy cả năm. b) Dòng chảy lũ Mùa lũ bắt đầu từ tháng X và kết thúc vào tháng XII. Dòng chảy mùa lũ trên sông lớn và biến đổi rất phức tạp. Tổng lượng dòng chảy trong mùa lũ chiếm tới 70% lượng dòng chảy cả năm. Dòng chảy lũ hình thành từ mưa lưu vực do các hình thế thời c) Dòng chảy kiệt Nhìn chung lượng dòng chảy những tháng mùa khô chỉ chiếm khoảng 27%- 29% tổng lượng dòng chảy năm, trong đó nhu cầu dùng nước trong thời kỳ này lại rất lớn, nếu như không có biện pháp tích trữ và sử dụng nước hợp lý sẽ bị thiếu nước nghiêm trọng. d) Đặc điểm bùn cát Theo chuỗi số liệu đo đạt từ năm 1983 - 2003 của trạm An Hoà độ đục cát bùn bình quân nhiều năm là 35,1g/m3, tháng có độ đục bình quân nhiều năm lớn nhất là tháng X (131g/m3), tháng có độ đục bình quân nhiều năm nhỏ nhất là tháng III (6,3g/m3). Độ đục lớn nhất xuất hiện vào tháng X (1500g/m3), độ đục nhỏ nhất (0g/m3) xuất hiện nhiều tháng trong năm. e) Đặc điểm thủy triều Chế độ thủy triều vùng biển Bình Định là chế độ nhật triều không đều. Tại Quy Nhơn hàng tháng số ngày nhật triều chiếm khoảng 18 - 22 ngày, 2 lần triều cường, 2 lần triều kém, thời gian
-10- triều dâng lâu hơn thời gian triều rút. Độ lớn triều khoảng 1,2 - 1,8m; giữa kỳ nước lớn và nước kém biên độ triều chênh lệch không đáng kể; trong kỳ nước kém triều chỉ lên xuống khoảng 0,5m. Tại cửa sông Lại Giang mực nước triều cao hơn so với triều Quy nhơn trung bình 18cm. 2.3. Hệ thống công trình xây dựng Hiện nay trên lưu vực hệ thống sông Lại Giang đã xây dưng 32 công trình hồ, đập điều tiết dòng chảy phục vụ cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt, phát triển kinh tế, xã hội các huyện khu vực phía Bắc tỉnh Bình Định bao gồm các huyện An Lão, Hoài Ân, Hoài Nhơn. 2.4. Chế độ thủy động lực đoạn sông nghiên cứu 2.4.1. Đặc điểm đoạn sông nghiên cứu a) Lưu vực sông b) Địa hình đoạn sông c) Địa chất công trình 2.4.1. Các đặc trưng dòng chảy a) Dò ng chả y năm Phân phối dòng chảy năm của năm nhiều nước, năm trung bình nước, năm ít nước theo mô hình trạm An Hòa như Bảng 2.33. b) Dòng chảy mùa kiệt Nhìn chung thời kỳ mùa khô thường kéo dài và lượng mưa ít, dòng chảy kiệt chủ yếu từ dòng chảy ngầm của lưu vực. Tác động của dòng chảy kiệt đến đoạn sông Khánh Trạch là nhỏ không ảnh hưởng đến quá trình biến đổi hình thái đoạn sông. c) Dòng chảy mùa lũ Nhìn chung dòng chảy thời kỳ mùa lũ thường ngắn, nhưng tác động của dòng chảy lũ qua đoạn sông Khánh Trạch gây nhiều thiệt hại do sạt lở bờ sông và ngập lụt hàng năm bởi dòng chảy lũ và sự uốn khúc, thu hẹp cửa ra của đoạn sông này. d) Đặc điểm thủy triều
-11- Nhìn chung tác động của thủy triều đến đoạn sông Khánh Trạch là đáng kể, về mua khô gây xâm nhập mặn, về mùa lũ nếu gặp đợt triều cường gây nên ngập lụt trên diện rộng và thời gian lũ kéo dài, trường hợp gặp đợt triều kém quá trình lũ rút nhanh tăng sự xói mòn của lòng sông ở khu vực này. e) Các đặc trưng dòng chảy rắn Dòng chảy rắn qua đoạn sông Khánh Trạch chủ yếu hàm lượng bùn cát xói mòn trên các sườn núi và lòng sông của thượng nguồn di chuyển về hạ du vào mùa mưa lũ. 2.5. Diễn biến lòng sông Quá trình bào mòn xói sâu lòng sông và xâm thực bờ diễn ra bên bờ phải, bờ trái bị bồi lấp bởi lớp bùn cát lên đến cao trình từ - 1,0m đến 2,5m, trong khi cao trình địa hình đáy sông từ -2,5m đến - 4,5m, tại vị trí cuối đoạn do địa hình mặt cắt sông thu hẹp nên xói rất sâu đến cao trình -8,2m. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Nhìn chung biến hình lòng sông đoạn Khánh Trạch chủ yếu do tác động của dòng chảy lũ chủ yếu tạo nên hiện tượng sạt lở bờ sông. Bên cạnh đó, đất bờ sông có cấu tạo sét pha cát mịn, khả năng chịu lực kém, địa hình thế sông quanh co uốn khúc xói sâu, mái dốc thẳng đứng tạo hàm ếch phát triển sát bờ gây nên mất ổn định. Hiện tượng xói lở bờ sông xảy ra vào các tháng mùa mưa. Có thể nói rằng nguyên nhân xói lở bờ sông Khánh Trạch là tổng các nguyên nhân về điều kiện địa hình, địa mạo, địa chất, thủy văn và tác động của con người làm thay đổi chế độ dòng chảy trong sông.
-12- CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MIKE21-FM TÍNH TOÁN ĐOẠN SÔNG KHÁNH TRẠCH, TỈNH BÌNH ĐỊNH 3.1. Lý do và mục đích của việc ứng dụng mô hình toán số 3.1.1. Lý do lựa chọn mô hình toán số Dòng chảy trong sông là một hiện tượng vật lý hết sức phức tạp, việc sử dụng các công thức kinh nghiệm để đánh giá chế độ thủy động lực học và biến hình lòng sông là rất khó khăn, không phản ảnh được hết các yếu tố thủy lực, độ chính xác không cao, tốn rất nhiều thời gian và công sức để thực hiện các kịch bản. [12] Mô hình vật lý có khả năng mô phỏng những trường hợp cục bộ phức tạp, tuy nhiên điều kiện sử dụng đòi hỏi phải có phòng thí nghiệm với các thiết bị đo chính xác rất tốn kém và cần nhiều thời gian để xây dựng mô hình và thí nghiệm, nên phương pháp này chỉ có thể thực hiện ở các viện nghiên cứu và trường đại học lớn cho những đoạn sông cục bộ. Để khắc phục các nhược điểm này cần thiết phải lựa chọn mô hình toán số phù hợp để thực hiện. Vì vậy, việc thiết lập và áp dụng các mô hình toán số trong việc mô phỏng chế độ thủy động lực sông ngòi và biến hình lòng sông, trên đoạn sông dài được sử dụng rộng rãi hiện nay. 3.1.2. Mục đích ứng dụng mô hình toán số Ngày nay, mô hình toán số là một trong những công cụ quan trọng, hỗ trợ rất nhiều và hữu ích trong việc nghiên cứu, tính toán về các quá trình thủy động lực, nhất là dòng chảy diện rộng lớn, trong đó có vấn đề về thủy động lực dòng sông. Kết quả tính toán sẽ là cơ sở để đưa ra những nhận định về diễn biến các trường thủy động lực trong sông tại khu vực nghiên cứu trước và sau khi có công trình xây dựng. Đây cũng là những
-13- cơ sở khoa học để phân tích, nhận định nguyên nhân gây ra hiện tượng biến hình dòng sông tại khu vực nghiên cứu. 3.2. Lựa chọn mô hình toán Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, luận văn sử dụng các mô đun tính toán sau: - Mô đun diễn toán dòng chảy thủy lực 1 chiều MIKE11 HD. - Mô đun tính toán dòng chảy 2 chiều MIKE21 FM. 3.3. Giới thiệu mô hình toán MIKE11 HD, MIKE21 FM 3.3.1. Giới thiệu mô hình MIKE11 HD [16] Mô đun MIKE11 HD giải hệ phương trình Saint Venant cho trường hợp dòng không ổn định gồm 2 phương trình cơ bản, phương trình liên tục và phương trình động lượng với các giả thiết chất lưu không nén được và đồng nhất, dòng chảy chủ yếu là một chiều, độ dốc đáy nhỏ, các thông số mặt cắt ngang ít biến động theo chiều dọc. + = 𝑞𝑞 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝜕𝜕𝜕𝜕 - Phương trình liên tục: 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝜕𝜕𝜕𝜕 (3.1) - Phương động lượng: 𝑄𝑄2 𝜕𝜕�∝ � + + 𝑔𝑔𝑔𝑔 + =0 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝐴𝐴 𝜕𝜕ℎ 𝑔𝑔𝑔𝑔|𝑄𝑄| 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝜕𝜕𝜕𝜕 𝐶𝐶 2 𝐴𝐴𝐴𝐴 (3.2) Trong đó: + Q: lưu lượng (m3 /s); + t: thời gian (s); + A: diện tích mặt cắt ngang (m2 ); + x: khoảng cách dọc dòng chảy (m); + h: mực nước so với độ cao chuẩn (m); + g: gia tốc trọng trường (m2 /s);
-14- + R: bán kính thủy lực (m); + q: lưu lượng bổ sung trên một đơn vị chiều dài dọc sông (q>0: nhập lưu; q
-15- ∂hU ∂hU 2 ∂hUV ∂η h ∂pa gh 2 ∂ρ + + = fVh − gh − − + ∂t ∂x ∂y ∂x ρ 0 ∂x 2 ρ 0 ∂x τ sx τ bx  ∂S xx ∂S xy  ∂ ∂  ∂x + ∂x  + ∂x (hTxx ) + ∂y (hTxy ) + hU s S 1 − −   ρ0 ρ0 ρ0   (3.5) ∂hV ∂hV 2 ∂hUV ∂η h ∂p a gh 2 ∂ρ + + = fUh − gh − − + ∂t ∂x ∂y ∂y ρ 0 ∂y 2 ρ 0 ∂y τ sy τ by 1  ∂S xx ∂S xy  ∂ ∂ ρ0 − ρ0 −  ∂x + ∂x  + ∂x (hTxy ) + ∂y (hTyy ) + hVs S  ρ0    (3.6) Với Txx , Tyy , Txy là các thành phần ứng suất nhớt tổng cộng. Các thành phần nhớt tổng cộng được tính theo công công thức dựa trên biến thiên vận tốc ngang theo độ sâu: ∂U ∂V Txx = 2 A , Tyy = 2 A , ∂x ∂y  ∂U ∂V  Txy = A  ∂y + ∂y   (3.7)   Trong đó: + S là lưu lượng từ nguồn điểm; + Us, Vs là các thành phần vận tốc từ nguồn điểm; + g là gia tốc trọng trường; + t là thời gian; + x, y là tọa độ Đề Các; + η là dao động mực nước; + d là độ sâu; + h=η+d là chiều cao cột nước; + f = 2Ωsinφ là tham số Coriolis; + θ là vĩ độ địa lý; ρ là mật độ nước;
-16- + pa là áp suất khí quyển; + ρo là mật độ tiêu chuẩn. Với các tính toán hai chiều U là vận tốc trung bình theo độ sâu và hệ số kháng đáy có thể được xác định từ số Chezy C hay số Manning M: g g cf = cf = (Mh ) , 1/ 6 2 C2 (3.8) 3.4. Thiết lập mô hình tính toán đoạn sông Khánh Trạch 3.4.1. Thiết lập mô hình MIKE11 HD a) Số liệu không gian Trong phạm vi của đề tài chỉ thiết lập sơ đồ không gian tính toán dòng chảy một chiều trên sông chính Lại Giang đoạn từ trạm thủy văn Bồng Sơn đến cửa biển An Dũ với chiều dài 15,70km bao gồm 22 mặt cắt ngang địa hình sông, mô tả đủ chi tiết đặc điểm cho các đoạn sông bởi mật độ của các mặt cắt ngang.
-17- 1Hình 3.2. Sơ đồ mạng sông 1 chiều tạo bởi mô hình MIKE11 b) Số liệu thủy văn, thủy lực Số liệu lưu lượng biên thượng lưu là số liệu thực đo của trạm thủy văn Bồng Sơn, số liệu biên hạ lưu là mực nước thủy triều thực đo trạm hải văn Quy Nhơn. c) Hiệu chỉnh mô hình Để đánh giá độ chính xác từ các kết quả của mô hình toán và số liệu thực đo, trong đề tài sử dụng chỉ số hiệu quả Nash- Sutcliffe (NSE) và tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chuẩn (RSR). Kết quả hiệu chỉnh cho thấy hệ số nhám Maining (n) mạng sông thay đổi từ 0,25 ÷ 0,42. - Tại Bồng Sơn mực nước thực đo và tính toán tương quan chặt chẽ về thời gian lũ và đỉnh lũ, tổng lượng lũ, các thông số hiệu chỉnh khá tốt, bao gồm: + Hệ số tương quan (Correlation coeficient): 0,995; + Sai đố đỉnh (Peak error): 0,002;
-18- + Sai số tổng lượng (Volume error): 0,015; + Sai số thời gian đỉnh (Peak time error): -0,042; + NSE=0,9898; RSR=0,1006. 8.8 8.4 8 7.6 7.2 6.8 H(m) 6.4 6 5.6 5.2 4.8 4.4 4 15/11/2013 0:00 16/11/2013 0:00 17/11/2013 0:00 18/11/2013 0:00 15/11/2013 12:00 16/11/2013 12:00 17/11/2013 12:00 18/11/2013 12:00 Tính toán Thực đo 2Hình 3.6. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại cầu Bồng Sơn (15/11/2013-17/11/2013) 3.4.2. Thiết lập mô hình MIKE21 FM a) Số liệu không gian Số liệu địa hình dùng tính toán cho đoạn sông Khánh Trạch được đo đạc chi tiết địa hình đáy sông và bờ sông dọc theo dòng chảy sông Lại Giang bao trùm phạm vi đoạn sông nghiên cứu với chiều dài 3,0km.