Nghiên cứu mô phỏng dòng chảy lũ và đánh giá ảnh hưởng của dòng chảy lũ đến xói trụ mố cầu bến thủy nghệ an

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA DỊNG CHẢY LŨ ĐẾN XĨI TRỤ MỐ CẦU BẾN THỦY, NGHỆ AN Học viên cao học:Trần Anh Tuấn Chuyên ngành:Thủy văn học -Mã số:8440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hữu Duy PGS TS Phạm VănChiến Hà Nội, tháng 5/2022 LỜICAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Đề tài nghiên cứu không trùng lặp với đề tài luận văn trước Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo quy định Tác giả luận văn Trần Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Em xin trân trọng cảm ơn PGS TS Phạm Văn Chiến - Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi TS Nguyễn Hữu Duy-Khoa Địa Lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi động viên, khích lệ đóng góp ý kiến quý báu cho em việc soạn thảo, hướng dẫn thủ tục để em hoàn thành luận văn thuận lợinhất Trong q trình thực hồn thành luận văn, thời gian kiến thức còn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến, bảo tận tình q thầy, bạn để luận văn hoàn thiện Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ người thân gia đình tạo điều kiện thuận lợi, động viên khích lệ em suốt q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2022 Học viên Trần Anh Tuấn MỤC LỤC LỜICAMĐOAN I LỜICẢM ƠN II MỞĐẦU 1 Sự cần thiết củađềtài Mục tiêu nghiêncứu .3 Đối tượng phạm vinghiêncứu 4 Cách tiếp cận phương pháp nghiêncứu CHƯƠNG 1:TỔNGQUAN 1.1 Tổng quan nghiên cứu trênthếgiới .6 1.2 Tổng quan nghiên cứutrongnước 1.3 Tổng quan khu vựcnghiêncứu .10 1.3.1 Đặc điểm địa lýtự nhiên 10 1.3.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượngthủyvăn 16 1.3.3 Đặc điểm thủy -hảivăn 18 1.4 Hiện trạng dòng chảy lũ tình hình xói lở khu vực cầuBếnThủy 20 1.4.1 Hiện trạng dòngchảylũ 20 1.4.2 Tình hình xói lở khu vực cầuBếnThủy 21 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU .22 2.1 Phân tích lựa chọn mơ hình sơ đồ q trìnhtínhtốn 22 2.2 Giới thiệu mơ hình thủy lựcMIKE11 .25 2.2.1 Phương trìnhđặctrưng .25 2.2.2 Phương pháp giải phương trìnhđặctrưng 25 2.3 Giới thiệu mơ hình thủy lựcMIKE21 .26 2.3.1 Phương trìnhđặctrưng .26 2.3.2 Thơng sốmơhình .28 2.3.3 Phương pháp giải hệ phương trìnhđặctrưng 29 2.3.4 Xử lý diện tích khơ/ướt vùngtínhtốn .32 2.4 Tính tốn xói trụ mố cầu thay đổi hình tháilòngsơng 33 2.4.1 Tính tốn xói trụ mốcầu 33 2.4.2 Tính tốn thay đổi hình tháilòngsơng .36 2.5 Các tiêu đánh giásaisố 37 2.6 Thiết lập mơ hình cho vùngnghiêncứu .39 2.6.1 Thiết lập mô hình thủy lựcMIKE11 .39 2.6.2 Thiết lập mơ hình thủy lựcMIKE21 .45 2.6.3 Thiết lập tính tốn xói trụmốcầu .50 2.6.4 Thiết lập mơ thay đổi hình tháilòngsơng 53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀTHẢOLUẬN 55 3.1 Kết mô thủy lực từ mơ hìnhMIKE11 55 3.1.1 Phân tích độ nhạy hiệu chỉnh thơng sốmơhình 55 3.1.2 Kết quảkiểmđịnh 66 3.2 Kết mô thuỷ lực từ mô hìnhMIKE21 71 3.2.1 Xác định thơng sốmơhình .71 3.2.2 Kết mô trận lũ thiếtkếP=1% 72 3.3 Kết tính tốn xói trụ mố cầu BếnThủy1 76 3.3.1 Kết tính tốnxóichung 76 3.3.2 Kết tính tốn xóicục 77 3.3.3 Kết tính tốn xóitổngcộng 80 3.4 Kết tính tốn xói trụ mố cầu BếnThủy2 82 3.4.1 Kết tính tốnxóichung 82 3.4.2 Kết tính tốn xóicục 83 3.4.3 Kết tính tốn xóitổngcộng 89 3.5 Kết mơ thay đổi hình tháilòngsơng 91 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 95 Kếtluận 95 Kiếnnghị 97 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 98 PHỤ LỤC I KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MỘT SỐ TRẬNLŨLỚN .101 Kết mô trận lũ lớnnăm1978 101 Kết mô trận lũ thiết kế P=1% 107 DANH MỤC HÌNH Hình 0.1 Sơ hoạ vị trí cơng trình kè khu vực cầu Bến Thủy cầu BếnThủy2 .1 Hình 0.2 Sơ hoạ địa hình khu vựcnghiêncứu Hình 1.1 Mạng lưới sơng ngòi trạm thuỷ văn thuộc lưu vựcsơngCả .14 Hình 2.1 Sơ đồ q trình tính tốn thực trongluậnvăn 24 Hình 2.2 Sơ họa lưới tam giác khơ/ướt miền tính tốn mơhình[27] 32 Hình 2.3 Sơ đồ mạng lưới sơng dùng tính tốnmơphỏng 39 Hình 2.4 Sơ đồ vị trí mặt cắt mơ hìnhMIKE11 40 Hình 2.5 Ví dụ số mặt cắt đoạn sông (xem thêmHình2.4) .41 Hình 2.6 Đường trình mực nước lưu lượng biênnăm2005 42 Hình 2.7 Đường trình mực nước lưu lượng biênnăm2011 43 Hình 2.8 Đường trình mực nước lưu lượng biênnăm1978 44 Hình 2.9 Thiết lập lưới tam giác dùng trongtínhtốn .45 Hình 2.10 Sơ họa cơng trình khu vực nghiên cứu mơ hìnhMIKE21 46 Hình 2.11 Địa hình vùng tính tốn mơ hình thủy lực hai chiềuMIKE21 47 Hình 2.12 Vị trí biên thượng lưu biên hạ lưu mơ hìnhMIKE21 49 Hình 2.13 Đường q trình lũ năm 1978 vị trí biênthượnglưu .49 Hình 2.14 Đường trình mực nước vị trí biên hạ lưu cho trận lũnăm1978 .50 Hình 2.15 Sơ họa cầu Bến Thủy cầu BếnThủy2 50 Hình 2.16 Sơ họa thiết lập tính tốn bùn cát mơ hìnhMIKE21 54 Hình 3.1 Quan hệ giá trị tiêu sai số hệ số nhám trạm NamĐàn, Chợ Tràng vàBếnThuỷ .56 Hình 3.2 Tương quan mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám khácnhau trạmNam Đàn 58 Hình 3.3 Tương quan mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám khácnhau trạmChợ Tràng .58 Hình 3.4 Tương quan mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám khácnhau trạmBếnThuỷ 59 Hình 3.5 Đường trình mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám làhằng số trạmNamĐàn 59 Hình 3.6 Đường q trình mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám làhằng số trạmChợTràng .60 Hình 3.7 Đường trình mực nước thực đo tính tốn ứng với hệ số nhám làhằng số trạmBếnThủy 60 Hình 3.8 Đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm kiểm tra sửdụng giá trị nhámthíchhợp 61 Hình 3.9 Tương quan mực nước thực đo tính tốn trạm sử dụng hệ sốnhámthíchhợp 62 Hình 3.10 Đường q trình mực nước dọc sơng Cả thời điểm khác chobước hiệu chỉnh thông sốmơhình 63 Hình 3.11 Đường q trình mực nước dọc sơng Ngàn Sâu thời điểm khác nhaucho bước hiệu chỉnh thơng sốmơhình 64 Hình 3.12 Đường trình mực nước dọc sông Ngàn Phố thời điểm khác nhaucho bước hiệu chỉnh thơng sốmơhình 65 Hình 3.13 Đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm kiểm tra chokiểm địnhmơhình 66 Hình 3.14 Tương quan mực nước thực đo tính tốn trạm Nam Đàn, ChợTràng Bến Thuỷ cho kiểm địnhmơhình 66 Hình 3.15 Đường trình mực nước dọc sơng Cả thời điểm khác chobước kiểm địnhmơhình 68 Hình 3.16 Đường q trình mực nước dọc sơng Ngàn Sâu thời điểm khác nhaucho bước kiểm địnhmơhình 69 Hình 3.17 Đường q trình mực nước dọc sơng Ngàn Phố thời điểm khác nhaucho bước kiểm địnhmơhình 70 Hình 3.18 Sơ họa hệ số nhám sử dụng cho bãi lòng sơng mơ hình MIKE2171Hình 3.19 Kết kiểm định mơ hình MIKE 21[28] 72 Hình 3.20 Kết mơ thành phần vận tốc U thời điểm khác chotrận lũ thiết kế P=1% (theo mơ hình lũ điển hìnhnăm1978) 73 Hình 3.21 Kết mơ thành phần vận tốc V thời điểm khác chotrận lũ thiết kế P=1% (theo mơ hình lũ điển hìnhnăm1978) 74 Hình 3.22 Kết mô vận tốc tổng cộng thời điểm khác cho trận lũthiết kế P=1% (theo mơ hình lũ điển hìnhnăm1978) .75 Hình 3.23 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũnăm1978 77 Hình 3.24 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũ thiết kếP=1% 77 Hình 3.25 Kết tính tốn xói tổng cộng cầu Bến Thủy cho trận lũnăm1978 81 Hình3.26KếtquảtínhtốnxóitổngcộngcầuBếnThủy1chotrậnlũthiếtkếP=1% .81 Hình 3.27 Sơ họa xói tổng cộng trụ cầu Bến Thủy cho cáctrậnlũ 82 Hình 3.28 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũnăm1978 84 Hình 3.29 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũ thiết kếP=1% 84 Hình 3.30 Kết tính tốn xói tổng cộng cầu Bến Thủy cho trận lũnăm1978 90 Hình3.31KếtquảtínhtốnxóitổngcộngcầuBếnThủy2chotrậnlũthiếtkếP=1% .90 Hình 3.32 Sơ họa xói tổng cộng trụ cầu Bến Thủy cho cáctrậnlũ 91 Hình 3.33 Kết mơ tỷ lệ thay đổi địa hình đáy lòng sơng thời điểmkhác trận lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% 92 Hình 3.34 Kết mơ hình thái long sơng tích lũy thời điểm khác nhaucủa trận lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% 93 HìnhI.1ĐườngqtrìnhmựcnướcdọcsơngCảtạithờiđiểm3giờngày28-09-1978102Hình I.2 Đường q trình mực nước dọc sông Ngàn Sâu Ngàn Phố thời điểm 03giờngày28-09-1978 102 Hình I.3 Phân bố mực nước sơng cho trận lũ lớn điển hình năm 1978103 Hình I.4 Phân bố vận tốc dòng chảy sông cho trận lũ lớn điểnhình1978 .105 Hình I.5 Đường trình mực nước dọc sơng Cả (tại thời điểm 01:00:00 ngày 29-091978) trận lũ thiết kế P=1% .107 Hình I.6 Đường q trình mực nước dọc sơng Ngàn Sâu Ngàn Phố (tại thời điểm 1giờ ngày 28-09-1978) trận lũ thiết kế P=1% 107 Hình I.7 Phân bố mực nước sơng cho trận lũ thiết kế P = 1% (thu phóng theomơ hình lũ điển hìnhnăm1978) 108 Hình I.8 Phân bố vận tốc dòng chảy sông cho trận lũ lớn điểnhình1978 .109 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Bảng thống kê đặc trưng kích thước Cầu BếnThủy1 51 Bảng 2.2 Bảng thống kê đặc trưng kích thước Cầu BếnThủy2 52 Bảng 3.1 Bảng thống kê giá trị tiêu sai số trạm kiểm tra sử dụng hệsố nhám làhằngsố 57 Bảng 3.2 Bảng hệ số nhám sử dụng cho cácđoạnsông 62 Bảng 3.3 Bảng thống kê giá trị tiêu sai số trạm kiểm tra ứng với giá trịphùhợpnhất 62 Bảng 3.4 Bảng thống kê tiêu đánh giá sai số cho kiểm địnhmơhình 67 Bảng 3.5 Kết kiểm định mực nước Cầu Bến Thuỷ sử dụng mơ hìnhhai chiều MIKE21[28] 71 Bảng 3.6 Kết tính tốn chung cầu BếnThủy1 76 Bảng 3.7 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũ thiếtkếP=1% 78 Bảng 3.8 Kết tính tốn chung cầu BếnThủy2 83 Bảng 3.9 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũnăm1978 .85 Bảng 3.10 Kết tính tốn xói cục cầu Bến Thủy cho trận lũ thiếtkếP=1% 87