intTypePromotion=1

Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu chế độ thủy động lực bùn cát đoạn sông An Hóa tỉnh Bến Tre và tìm ra nguyên nhân gây xói lở

Chia sẻ: Nguyễn Văn H | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

0
23
lượt xem
0
download

Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu chế độ thủy động lực bùn cát đoạn sông An Hóa tỉnh Bến Tre và tìm ra nguyên nhân gây xói lở

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

khoảng chục năm trở lại đây, đặc biệt từ khi cống đập Ba Lai đi vào vận hành, đã khiến cho tình trạng xói lở bờ sông An Hóa trở nên nghiêm trọng, chiều rộng sông biến đổi nhanh từ khoảng 170m (năm 2001) lên đến 250m (2014) và vẫn đang liên tục diễn biến đã gây những thiệt hại đến tinh thần, tài sản và cuộc sống của nhân dân trong vùng. Trên cơ sở tính toán mô phỏng bằng mô hình MIKE kết hợp với phân tích diễn biến hình thái lòng dẫn, bài viết đã làm rõ bức tranh thuỷ động lực - bùn cát đoạn sông An Hóa.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu chế độ thủy động lực bùn cát đoạn sông An Hóa tỉnh Bến Tre và tìm ra nguyên nhân gây xói lở

Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY<br /> ĐỘNG LỰC BÙN CÁT ĐOẠN SÔNG AN HÓA TỈNH BẾN TRE<br /> VÀ TÌM RA NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ.<br /> Mai Đức Trần* , Nguyễn Thành Minh**<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> <br /> Sông An Hóa được đào năm 1878, dài 6 km nối liền sông Bến Tre với sông Ba Lai. Đến<br /> năm 1905, đoạn sông An Hóa dài khoảng 4 km nối sông Ba Lai với sông Mỹ Tho được đào tiếp, tạo<br /> nên con đường thủy quan trọng từ sông Hàm Luông qua thị xã Bến Tre đến sông Mỹ Tho và đi các<br /> tỉnh lân cận. Tuy nhiên, khoảng chục năm trở lại đây, đặc biệt từ khi cống đập Ba Lai đi vào vận<br /> hành, đã khiến cho tình trạng xói lở bờ sông An Hóa trở nên nghiêm trọng, chiều rộng sông biến<br /> đổi nhanh từ khoảng 170 m (năm 2001) lên đến 250m (2014) và vẫn đang liên tục diễn biến đã gây<br /> những thiệt hại đến tinh thần, tài sản và cuộc sống của nhân dân trong vùng. Trên cơ sở tính toán<br /> mô phỏng bằng mô hình MIKE kết hợp với phân tích diễn biến hình thái lòng dẫn, bài viết đã làm<br /> rõ bức tranh thuỷ động lực – bùn cát đoạn sông An Hóa.<br /> Từ khóa: mô hình MIKE, chế độ thủy động lực, sông An Hóa, tỉnh Bến Tre.<br /> <br /> MODEL APPLICATION RESEARCH MIKE HYDRODYNAMIC REGIME<br /> MUD RIVER SAND PERIOD AN CHEMICAL - BEN TRE AND FIND<br /> OUTCAUSE CAUSE EROSION.<br /> ABSTRACT<br /> An Hoa river built in 1878 with distance of around 6 km links from Ben Tre river to Ba Lai<br /> river. In 1905, An Hoa river of 4 km long connecting from Ba Lai river to My Tho river was built as<br /> well. Both give significant waterway from Ham Luong via Ben Tre city to My Tho river and yother<br /> surrounded provinces. Nevertherless, in the recent ten years from Ba Lai culvert operated, erosion<br /> in An Hoa river bank becomes critically with river width change of from 170m in 2001 to 250m in<br /> 2014. This phenomenon are taking place and impacting negatively to property as well as life. Based<br /> on modeling by MIKE software and river morphology, this paper provides picture hydrodynamic –<br /> sediment transport in An Hoa river.<br /> Keywords: MIKE model, hydrodynamic regime, river An Hoa, Ben Tre Province.<br /> <br /> * ThS. Viện nghiên cứu Biển. Fmail: maiductran@gmail.com, ĐT: 0977876598<br /> ** ThS. Viện nghiên cứu Biển. 658 Võ Văn Kiệt, P1, Q5, Tp HCM<br /> <br /> 123<br /> <br /> Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Dự án ngọt hóa Bắc Bến Tre (còn gọi là dự<br /> án Ba Lai) được Chính phủ phê duyệt dự án<br /> tiền khả thi năm 2000. Dự án đầu tư xây dựng<br /> sẽ phục vụ cho 4 huyện Giồng Trôm, Ba Tri,<br /> Châu Thành, Bình Đại và thị xã Bến Tre. Mục<br /> tiêu của dự án là ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn<br /> ngọt, tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn, cải tạo đất<br /> cho 115.000 ha đất tự nhiên, 88.500 ha đất sản<br /> xuất nông nghiệp, nuôi thủy sản và phục vụ<br /> sinh hoạt cho gần 1 triệu dân sống trong vùng<br /> dự án. Tổng mức đầu tư dự án là 700 tỉ đồng.<br /> Công trình cống, đập Ba Lai là một trong<br /> những hạng mục chính của dự án ngọt hóa<br /> Bắc Bến Tre đi vào vận hành khoảng một<br /> năm rưỡi thì xuất hiện tình trạng đất bị lở<br /> nhanh ở bờ sông Giao Hòa (kênh Giao Hòa)<br /> và bờ sông An Hóa (kênh An Hóa), huyện<br /> Châu Thành. Được biết, đây là dãy kênh đào<br /> gồm kênh Chẹt Sậy, sông An Hóa và kênh<br /> <br /> Giao Hòa nối từ ngã ba sông Bến Tre (xã<br /> Phú Hưng, thị xã Bến Tre) đến ngã tư sông<br /> Ba Lai (xã An Hóa) và ra xã Giao Hòa, giáp<br /> sông Mỹ Tho. Kênh bắt đầu được đào vào<br /> năm 1904. Nhưng bây giờ, dưới tác động của<br /> dòng chảy cùng với tác động của con người<br /> sông An Hóa đã trở thành sông.[1]<br /> Tình hình xói lở bờ sông, biến hình lòng<br /> dẫn đang gây ra những thiệt hại lớn về vật chất<br /> và tài sản của nhân dân, nguy cơ uy hiếp tính<br /> mạng và tinh thần an cư của nhân dân hai bên<br /> bờ sông đang hiển hiện. Ngoài ra, hiện việc<br /> xói lở - thô hóa lòng sông vẫn tiếp tục nên quá<br /> trình định hướng xử lý phù hợp là một vấn đề<br /> chưa có lời giải đối với các cơ quan quản lý<br /> tỉnh Bến Tre. Vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở<br /> khoa học về chế độ thủy động lực và đề xuất<br /> các giải pháp trước mắt nhằm giảm thiểu các<br /> ảnh hưởng xấu tại đoạn sông An Hóa là thực<br /> sự cần thiết.<br /> <br /> Hình 1: Sơ họa vị trí vùng nghiên cứu và hiện<br /> trạng sạt lở<br /> <br /> Hình 2: Sạt lở đang tiến sát nhà dân<br /> <br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ<br /> NỘI DUNG TÍNH TOÁN<br /> 2.1 Tính toán thủy lực sông An Hóa<br /> bằng mô hình toán số một chiều Mike 11<br /> 2.1.1. Giới thiệu về mô hình Mike 11[3]<br /> Mike 11 là phần mềm kỹ thuật chuyên<br /> dụng để mô phỏng dòng chảy một chiều trên<br /> hệ thống sông. Mô đun thủy động lực (HD),<br /> trên cơ sở giải hệ phương trình Saint Venant<br /> <br /> gồm “phương trình liên tục (bảo toàn lượng<br /> tích lũy) và phương trình động lượng (bảo<br /> toàn động lượng)” là nòng cốt của họ mô hình<br /> Mike 11. Vì vậy để mô phỏng chế độ thủy lực<br /> cho các đoạn sông thuộc tỉnh Bến Tre tác giả<br /> đã sử dụng mô hình Mike 11 với mô đun HD<br /> để từ đó tính toán lưu lượng, mực nước sông<br /> An Hóa sử dụng làm biên đầu vào cho mô<br /> hình Mike 21.<br /> 124<br /> <br /> Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> 2.1.2. Thiết lập mạng lưới tính toán<br /> thủy lực<br /> Mạng lưới sông - kênh - rạch vùng dự án<br /> rất dày đặc, do đó việc mô phỏng một cách<br /> đầy đủ tương đối khó. Tuy nhiên nếu mô<br /> phỏng được càng đầy đủ, kết quả mô phỏng<br /> càng phù hợp với thực tế. Vì vậy, trên cơ sở<br /> các bản đồ số, bản đồ giấy và ảnh vệ tinh tiến<br /> hành sơ đồ hoá toàn bộ các kênh rạch tỉnh<br /> Bến Tre gồm sông kênh chính và các kênh<br /> cấp 1, 2 quan trọng với các số liệu thu thập từ<br /> các dự án và đề tài do Viện Kỹ thuật Biển và<br /> Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện.<br /> Xem hình 4.<br /> 2.1.3. Dữ liệu đầu vào và kiểm định mô<br /> hình<br /> a. Dữ liệu địa hình<br /> <br /> + Bản đồ ảnh vệ tinh năm 2013.<br /> + Các mặt cắt ngang địa hình lòng sông<br /> của mạng lưới sông do Viện kỹ thuật Biển<br /> đo đạc.<br /> b. Dữ liệu thủy văn<br /> + Tài liệu mực nước giờ thực đo các trạm<br /> Trà Vinh Vàm Kênh; Bình Đại; Ba Lai; An<br /> Thuận; Bến Trại, Chợ Lách, Mỹ Tho năm<br /> 2013 do Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ<br /> cung cấp.<br /> + Tài liệu lưu lượng trạm Mỹ Thuận, Mỹ<br /> Tho năm 2013 do Đài khí tượng thủy văn<br /> Nam Bộ cung cấp.<br /> + Tài liệu lưu lượng sông An Hóa (2 vị<br /> trí) thực đo 14h ngày 5/10/2013 đến 13h ngày<br /> 8/10/2013 do Viện kỹ thuật Biển đo đạc.<br /> <br /> Hình 3: Bản đồ hành chính tỉnh Bến tre và vị trí<br /> sông An Hóa, cống đập Ba Lai<br /> <br /> Hình 4: Sơ đồ mạng lưới sông và vị trí các biên<br /> tính toán<br /> <br /> c. Kết quả kiểm định<br /> Kết quả mô hình được thẩm định thông qua số liệu thực đo từ ngày 5 đến ngày 8 tháng 10<br /> năm 2013 do Viện Kỹ thuật Biển thực hiện thể hiện hình 3 và hình 4.<br /> <br /> Hình 3 : Kết quả kiểm định mực nước trạm<br /> An Hóa 2<br /> <br /> Hình 4: Kết quả kiểm định lưu lượng trạm<br /> An Hóa 2<br /> 125<br /> <br /> Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật<br /> <br /> Nhận xét: Căn cứ vào kết quả kiểm định mô<br /> hình cho thấy biên độ và cao độ mực nước<br /> giữa kết quả tính toán và thực đo tương đối<br /> phù hợp, điều này cho thấy sơ đồ hóa mạng<br /> lưới tính toán và các tham số mô hình phản<br /> đúng điều kiện thực tế.<br /> Vì vậy kết quả thủy lực (Q;H) trích xuất<br /> từ mô hình Mike 11 trên đây đủ độ tin cậy làm<br /> điều kiện biên cho việc tính toán mô phỏng<br /> mô hình dòng chảy hai chiều Mike 21 để<br /> nghiên tính toán mô phỏng quá trình xói lở<br /> bờ với các kịch bản khác nhau được giới thiệu<br /> trong mục 2.2.<br /> 2.2. Tính toán mô phỏng chế độ thủy<br /> động lực và xu thế diễn biến lòng dẫn sông<br /> An Hóa bằng mô hình Mike 21<br /> 2.2.1. Giới thiệu mô hình Mike 21<br /> Mô hình Mike 21 là mô hình hai chiều với<br /> hệ tọa độ lưới phi cấu trúc cho phép mô phỏng<br /> chi tiết các yếu tố thủy lực và hình thái hai<br /> chiều, đặc biệt là có tính toán dòng chảy xoắn,<br /> là yếu tố thủy lực quan trọng trong tính toán<br /> xói bồi. Lòng dẫn thay đổi có thể mô phỏng<br /> theo phương đứng (chiều sâu) và phương<br /> ngang (xói lở bồi lắng bờ sông). Mô hình<br /> Mike 21 được xây dựng dựa trên việc giải hệ<br /> phương trình Saint Vernant cho dòng chảy 2<br /> chiều (hướng dọc và hướng ngang sông), theo<br /> chiều sâu dòng chảy các yếu tố thủy lực và<br /> bùn cát được lấy trung bình. Để giải quyết<br /> bài toán, tác giả đã sử dụng mô hình tích hợp<br /> Mike 21/3 Coupled Model FM, đây là mô<br /> hình thích hợp, là lựa chọn tốt để mô phỏng/<br /> dự báo các quá trình thủy động lực học, phổ<br /> sóng, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại khu<br /> vực nghiên cứu.<br /> Các module sử dụng bao gồm:<br /> + Model thủy động lực học (Mike21/3<br /> HD) để xác định trường dòng chảy và trường<br /> độ sâu cột nước.<br /> <br /> + Model vận chuyển bùn (Mike 21/3<br /> MT) để mô tả bức tranh xói bồi và quá trình<br /> chuyển vận bùn cát dưới tác động của dòng<br /> chảy và sóng.<br /> 2.2.2. Thiết lập và kiểm định mô hình<br /> a). Thiết lập mô hình<br /> - Số liệu biên: Biên hở thứ I và thứ V ( hình<br /> 7): Sử dụng chuỗi số liệu lưu lượng dòng chảy<br /> theo thời gian (Q∼t) và quá trình lưu lượng<br /> bùn cát. Chuỗi số liệu lưu lượng nước được<br /> trích xuất từ kết quả của các mô hình 1 chiều<br /> (Mike 11), lưu lượng bùn cát vì không có số<br /> liệu nên trong quá trình tính toán đã được giả<br /> định đúng bằng sức tải cát trung bình. Biên hở<br /> thứ II, III, IV và VI sử dụng chuỗi số liệu mực<br /> nước theo thời gian (H∼t). Chuỗi số liệu mực<br /> nước cũng được trích xuất từ kết quả của các<br /> mô hình 1 chiều Mike 11.<br /> - Thiết kế hệ thống lưới tính toán: Căn cứ<br /> vào phạm vi tính toán của mô hình và tài liệu<br /> địa hình sử dụng để mô phỏng, công tác thiếp<br /> lập lưới tính toán được thực hiện thông qua mô<br /> đun tạo lưới (Mesh Generator) dựa trên nguyên<br /> lý với những khu vực quan tâm nghiên cứu,<br /> khu vực có sự thay đổi về địa hình, khu vực có<br /> sự thay đổi về hình thái ven bờ... sẽ được chia<br /> chi tiết hơn những khu vực khác.<br /> - Thiết lập địa hình tính toán:<br /> Tài liệu sử dụng thiết lập địa hình tính<br /> toán bao gồm:<br /> + Bình đồ tỷ lệ 1/5.000 đoạn sông An<br /> Hoá do Viện Kỹ thuật Biển thực hiện tháng<br /> 10/2013.<br /> + Các tài liệu điều tra thực địa tháng<br /> 10/2013 bao gồm tài liệu về đường bờ sông,<br /> các khu dân cư cũng như các công trình hiện<br /> trạng... trên toàn bộ đoạn sông nghiên cứu.<br /> Phương pháp thiết lập: Địa hình tự nhiên<br /> khu vực nghiên cứu bao gồm địa hình lòng<br /> sông, đường bờ sông hiện trạng. Tập hợp các<br /> 126<br /> <br /> Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> tọa độ điểm đo theo 3 phương X, Y, Z từ số<br /> liệu bình đồ đoạn sông cần tính toán được<br /> xuất ra dưới dạng tệp dữ liệu cao độ số bằng<br /> phần mềm HydroPro sau đó nhập vào mô hình<br /> Mike 21 với môđun trợ giúp Grid Generator.<br /> - Bùn cát đáy và hàm lượng phù sa lơ<br /> <br /> lửng: Bùn cát đáy khu vực nghiên cứu chủ<br /> yếu tồn tại ở hai dạng chính là bùn (đường<br /> kính từ 0.0039 đến 0.0625 mm) và dạng cát<br /> mịn (đường kính 0.0625 đến 0.125 mm). Hàm<br /> lượng phù sa lơ lửng tại các biên có giá trị<br /> khoảng 0.0034 g/l đến 0.0541g/l.<br /> <br /> Hình 5: Phạm vi miền tính mô hình<br /> <br /> Hình 6: Lưới và địa hình tính toán<br /> <br /> b). Kết quả kiểm định mô hình<br /> Quá trình kiểm định mô hình thuỷ lực<br /> được thực hiện dựa trên việc so sánh kết quả<br /> tính toán với tài liệu thực đo mà đã được Viện<br /> Kỹ thuật Biển tiến hành đo đạc từ 14 giờ ngày<br /> 05 tháng 10 năm 2013 đến 13 giờ ngày 08<br /> tháng 10 năm 2013, bao gồm lưu lượng, mực<br /> nước và phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang.<br /> <br /> Hình 7: Kết quả kiểm định lưu lượng tại trạm<br /> An Hóa<br /> <br /> Qua sự so sánh giữa kết quả mô phỏng và<br /> số liệu thực đo cho thấy, mặc dù có một số sai<br /> khác nhỏ nhưng nhìn chung kết quả mô phỏng<br /> khá tốt.<br /> Mô hình tương đối ổn định, kết quả tính toán<br /> mực nước, lưu lượng và phân bố vận tốc khá<br /> phù hợp với số liệu thực đo, do vậy mô hình đủ<br /> độ tin cậy để tính toán cho việc nghiên cứu.<br /> <br /> Hình 8: Kết quả kiểm định trường vận tốc lúc 15h<br /> ngày 7/10/2013 trên mặt cắt ngang tại trạm đo<br /> sông An Hóa 1<br /> <br /> 127<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2