Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể bộ môn Công nghệ và Quản lý Xây dựng, Phòng đào tạo Đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, thầy giáo hướng dẫn[.]
LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể môn Công nghệ Quản lý Xây dựng, Phòng đào tạo Đại học sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Văn Hùng, PGS.TS Lê Đình Chung, thầy giáo, nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè tạo điều kiện thuận lợi, tận tình hướng dẫn, giảng dạy, giúp đỡ, cung cấp tài liệu, động viên tác giả trình học tập nghiên cứu, hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo tập thể Chi cục quản lý đê điều thành phố Hà Nội; Cục quản lý đường thủy nội địa Hà Nội tạo điều kiện, cung cấp tài liệu, thông tin khoa học có giá trị thiết thực cho luận văn Cuối hết tác giả xin cảm ơn cha, mẹ người thân gia đình động viên, giúp đỡ tác giả sống, học tập công tác Việc nghiên cứu tiến hành điều kiện tài liệu, phương tiện, thời gian kiến thức tác giả hạn chế Các vấn đề đặt giải khuôn khổ luận văn thạc sĩ kỹ thuật cịn nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Tác giả mong nhận nhiều ý kiến đóng giúp đỡ quí báu nhà khoa học để tác giả tiếp tục hoàn thiện, nâng cao kiến thức công tác nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả CHU ĐÌNH SƠN BẢN CAM KẾT Họ tên học viên: Chu Đình Sơn Lớp cao học: CH20C11 Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu xu biến đổi lịng dẫn sơng Hồng giai đoạn 2020 - 2050 đề xuất giải pháp ổn định lịng dẫn” Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tôi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn trung thực Trong q trình làm tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc tài liệu tham khảo thống kê chi tiết Tôi không chép từ nguồn thơng tin nào, vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm./ Hà Nội, ngày B tháng năm 2014 Học viên B Chu Đình Sơn B MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài 3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LÒNG DẪN SÔNG HỒNG 1.1 Khái quát lưu vực sông Hồng 1.2 Thực trạng diễn biến lòng dẫn sông Hồng năm gần (2001-2012)10 1.3 Thực trạng phù sa khai thác cát hạ du sơng Hồng (từ sau hồ Hịa Bình) 13 Kết luận Chương 23 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN THỦY LỰC BẰNG MƠ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG DIỄN BIẾN LỊNG DẪN SÔNG HỒNG ĐỂ DỰ BÁO XU THẾ BIẾN ĐỔI LÒNG DẪN 24 2.1 Khái qt mơ hình MIKE11 24 2.2 Đề xuất kịch tính tốn xây dựng mơ hình tính tốn diễn biến xói lở, bồi lắng .29 2.3 Kết tính tốn mơ diễn biến lịng dẫn sơng Hồng theo kịch 65 2.4 Kết luận chương 69 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP VỀ ỔN ĐỊNH SÔNG HỒNG 70 3.1 Các giải pháp quản lý khai thác cát hạ du sông Hồng 70 3.2 Các giải pháp tổng hợp ổn định lòng dẫn sông Hồng .75 Kết luận Chương 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lưu lượng bùn cát lơ lửng sai số quân phương tương đối trạm thời kỳ trước có hồ Hịa Bình 13 Bảng 1.2 Lưu lượng bùn cát lơ lửng sai số quân phương tương đối trạm thời kỳ sau có hồ Hịa Bình 13 Bảng 1.3 Tỷ lệ đóng góp dịng chảy bùn cát lơ lửng hàng năm nhánh Đà, Thao, Lô vào sơng Hồng thời kỳ trước sau có hồ Hịa Bình 14 Bảng 1.4 Tổng lưu lượng bùn cát lơ lửng mùa dòng chảy thời kỳ trước có hồ Hịa Bình 15 Bảng 1.5 Tổng lưu lượng bùn cát lơ lửng mùa dòng chảy thời kỳ sau có hồ Hịa Bình 16 Bảng 1.6 Lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân mùa dịng chảy thời kỳ trước có hồ Hịa Bình 16 Bảng 1.7 Lưu lượng bùn cát lơ lửng bình qn mùa dịng chảy thời kỳ sau có hồ Hịa Bình 16 Bảng 1.8 So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng bình qn mùa dịng chảy hai thời kỳ trước sau có hồ Hịa Bình 17 Bảng 1.9 Tỷ lệ đóng góp dịng chảy bùn cát lơ lửng mùa ba nhánh Đà, Thao, Lô vào sông Hồng thời kỳ trước sau có hồ Hịa Bình (%) 18 Bảng 1.10 Các đặc trưng lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân tháng lớn nhỏ thời kỳ trước cò hồ Hịa Bình 20 Bảng 1.11 Các đặc trưng lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân tháng lớn nhỏ thời kỳ sau cị hồ Hịa Bình 21 Bảng 1.12 Các đặc trưng Lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân tháng lớn nhỏ thời kỳ trước có hồ Hịa Bình 21 Bảng 1.13 Các đặc trưng lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân tháng lớn nhỏ thời kỳ sau có hồ Hịa Bình 21 Bảng 2.1 Các thông số thiết kế hồ chứa thượng nguồn .30 Bảng 2.2 Địa hình lịng dẫn sơng Hồng- Thái Bình .33 Bảng 2.3 Các trạm thủy văn dùng để hiệu chỉnh kiểm định thông số mô hình Mike 11 .35 Bảng 2.4 Thông số Thủy lực hệ thống sông Hồng – sơng Thái Bình .38 Bảng 2.5 Các trạm thủy văn dùng để hiệu chỉnh kiểm định thông số mơ hình Mike 11 .41 Bảng 2.6 Kết hiệu chỉnh thơng số mơ hình thủy lực với trận lũ 1996 47 Bảng 2.7 Kết kiểm định thơng số mơ hình thủy lực với trận lũ 2002 .52 Bảng 2.8 Kết tính toán hệ số tương quan trường hợp hiệu chỉnh 55 Bảng 2.9 Kết tính hệ số tương quan trường hợp kiểm định 57 Bảng 2.10 Vị trí điểm khai thác cát địa bàn Thành phố Hà Nội 60 Bảng 2.11.Lượng khai thác cát ước tính tỉnh dọc sơng Hồng 64 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sạt lở bờ hữu Hồng đoạn Sơn Tây Hình Hàm lượng phù sa trạm Sơn Tây Hình 1.1 Hồ Hịa Bình xả lũ .7 Hình 1.2 Lũ sơng Hồng khu vực ngã ba Lô - Hồng Hình 1.3 Sơng Hồng mùa nước lũ Hình 1.4 Ví trí 165 mặt cắt đo vẽ hàng năm 10 Hình 1.5 Mơ hình phân phối lưu lượng bùn cát lơ lửng năm hai thời kỳ: trước sau có hồ Hịa Bình .20 Hình 2.1 Chế độ dịng chảy đoạn sông đơn mô tả hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint – Vernant 26 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống sơng Hồng-Thái Bình tính tốn thủy lực 30 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng 32 Hình 2.4 Quá trình mực nước tính tốn thực đo trạm Trung Hà 42 Hình 2.5 Q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Sơn Tây .42 Hình 2.6 Q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Hà Nội .43 Hình 2.7 Q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Hưng Yên 43 Hình 2.8 Quá trình mực nước tính tốn thực đo trạm Phủ Lý .44 Hình 2.9 Quá trình mực nước tính tốn thực đo trạm Gián Khẩu 44 Hình 2.10 Q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Quyết chiến .45 Hình 2.11 Q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Thượng cát .45 Hình 2.12 Quá trình mực nước tính tốn thực đo trạm Bến hồ 46 Hình 2.13 Quá trình mực nước tính tốn thực đo trạm Triều Dương 46 Hình 2.14 Đường q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Trung Hà– Lũ tháng 8- 2002 48 Hình 2.15 Đường trình mực nước tính tốn thực đo trạm Sơn Tây– Lũ tháng 8- 2002 49 Hình 2.16 Đường q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Hà Nội– Lũ tháng 8- 2002 49 Hình 2.17 Đường q trình mực nước tính toán thực đo trạm Hưng Yên– Lũ tháng 8- 2002 50 Hình 2.18 Đường trình mực nước tính tốn thực đo trạm Gián Khẩu– Lũ tháng 8- 2002 50 Hình 2.19 Đường q trình mực nước tính tốn thực đo trạm Quyết Chiến– Lũ tháng 8- 2002 .51 Hình 2.20 Đường trình mực nước tính tốn thực đo trạm Thượng Cát– Lũ tháng 8- 2002 .51 Hình 2.21 Đường trình mực nước tính tốn thực đo trạm Triều Dương – Lũ tháng 8- 2002 .52 Hình 2.22 Kết hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát trạm Sơn Tây cho trận lũ năm 1996 53 Hình 2.23 Kết hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát trạm Hà Nội cho trận lũ năm 1996 54 Hình 2.24 Kết hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát trạm Thượng Cát cho trận lũ năm 1996 54 Hình 2.25 Kết kiểm định lưu lượng bùn cát trạm Hà Nội cho trận lũ năm 2002 55 Hình 2.26 Kết kiểm định lưu lượng bùn cát trạm Sơn Tây cho trận lũ năm 2002 56 Hình 2.27 Kết kiểm định lưu lượng bùn cát trạm Thượng Cát cho trận lũ năm 2002 56 Hình 2.28 Bản đồ vị trí khai thác cát khu vực dọc sông Hồng 59 Hình 2.29 Q trình diễn biến lịng dẫn sơng Đà 67 Hình 2.30 Q trình diễn biến lịng dẫn đoạn sơng từ Ngã ba Thao – Đà đến cửa Đuống 67 Hình 2.31 Q trình diễn biến lịng dẫn đoạn sơng từ sau Ngã ba sông Đuống đến Ngã ba Sông Luộc .67 Hình 2.32 Q trình diễn biến lịng dẫn đoạn sông từ Ngã ba sông Luộc đến cửa biển 68 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Diễn biến lịng dẫn ln gắn liền với q trình vận động dịng sơng Mối quan hệ dịng chảy lịng dẫn liên quan mật thiết đến cân bùn cát q trình khai thác, chỉnh trị sơng người Những năm gần đây, việc khai thác nguồn nước bãi sơng ngày mạnh mà điển hình xây dựng hồ chứa thủy lợi thủy điện khai thác cát Mất cân bùn cát có tác động sâu sắc lâu dài đến tài nguyên nước môi trường lưu vực sông, bao gồm tác động tích cực tác động tiêu cực Cùng với tượng xói bồi lịng sơng, sạt lở bờ sông diễn mạnh mẽ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, kinh tế xã hội an tồn đê điều Hình Sạt lở bờ hữu Hồng đoạn Sơn Tây Lượng phù sa lơ lửng sông Hồng lớn sông Việt Nam, xếp vào loại sông nhiều phù sa giới Trung bình nhiều năm chuyển qua trạm Sơn Tây sông Hồng thời đoạn 1985 – 1990 đạt từ 114 – 115.106 tấn/năm, với tổng lượng nước 118.109 m3/năm So với sông Mê Kông vào Việt Nam với tổng lượng nước đạt gần 500.109m3/năm có tổng lượng phù sa 95.106 tấn/năm (Diện tích lưu vực Mê Kơng 795.000km2, sơng Hồng 143.600km2 tính đến Sơn Tây) Hàm lượng phù sa sông Hồng lớn gấp lần sông Mê Kông Độ đục nước sông biến đổi mạnh theo mùa dòng chảy: lớn mùa lũ nhỏ mùa kiệt Độ đục bình quân mùa lũ thường lớn từ 1,7 đến lần độ đục bình quân năm So với độ đục bình quân mùa kiệt, độ đục bình quân mùa lũ lớn gấp từ dến chín lần thời kỳ trước có hồ Hịa Bình từ đến lần kỳ sau có Hồ Hịa Bình Do tác dụng hồ Hịa Bình, mức độ phân hóa độ đục nước sơng hai mùa lũ kiệt bớt sâu sâu sắc hơn, đặc biệt sông Đà Tỷ số giảm từ lần thời kỳ trước có hồ Hịa Bình xuống cịn khoảng lần thời kỳ sau có hồ Hịa Bình Từ hồ Hịa Bình bắt đầu hoạt động, độ đục nước sơng bình qn mùa trạm hạ lưu giảm rõ rệt, đặc biệt sơng Đà Độ đục bình qn mùa lũ Hịa Bình giảm 7,49 lần; Sơn Tây giảm 1,81 lần; Hà Nội giảm 1,37 lần Thượng Cát giảm 1.07 lần Độ đục bình qn mùa kiệt Hịa Bình giảm 2,39 lần; Sơn Tây giảm 1,47 lần; Hà Nội giảm 1,14 lần Thượng Cát giảm 1,04 lần Qs14000 (kg/s) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Tháng I II III IV V Thêi kú tríc cã hå Hòa Bình VI VII VIII IX X XI XII Thời kỳ sau có hồ Hòa Bình Hỡnh Hm lượng phù sa trạm Sơn Tây B Ngoài ra, năm gần đây, với biến đổi khí hậu tồn cầu, dịng chảy sơng có biến động bất thường khơng theo quy luật, nạn khai thác cát tràn lan không theo quy hoạch góp phần làm cân bùn cát sơng Vì vậy, việc nghiên cứu xu biến đổi lịng dẫn sơng Hồng giai đoạn 2020 – 2050 quan trọng cần thiết Mục đích đề tài − Đánh giá diễn biến lịng dẫn sơng Hồng từ năm 2001 đến nay; − Dự báo diễn biến lịng dẫn sơng Hồng đến năm 2050 theo kịch khai thác tài nguyên đề xuất giải pháp ổn định lòng dẫn Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận Đối tượng nghiên cứu đề tài sông Hồng địa bàn Hà Nội Đây vùng đặc biệt quan trọng trung tâm trị, văn hóa nước Đối tượng nghiên cứu liên quan đến nhiều lĩnh vực: Giao thông, xây dựng sở hạ tầng, thủy lợi (nguồn nước, cơng trình thủy lợi), môi trường, phương hướng phát triển kinh tế xã hội khu vực,vv… Với nội dung đề tài luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu yếu tố nguồn phù sa khai thác cát từ điểm sau hồ Hịa Bình hạ du 3.1.1 Tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết (tiếp cận hệ thống) Tiếp cận kết quy hoạch; nghiên cứu diễn biến lượng phù sa sông Hồng; Chi tiết diễn biến thực đo năm gần mặt cắt sơng Hồng 3.1.2 Tiếp cận tồn diện, đa ngành đa lĩnh vực Xem xét đầy đủ yếu tố phát triển nghiên cứu đề tài bao gồm lĩnh vực kinh tế xã hội, môi trường sinh thái …; giải pháp xem xét tồn diện từ giải pháp cơng trình đến giải pháp phi cơng trình 3.1.3 Tiếp cận kế thừa Đề tài sử dụng kết nghiên cứu có liên quan gần sông Hồng địa bàn tỉnh Hà Nội quan Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Quy hoạch Thiết kế nông nghiệp, Viện Quy hoạch thủy lợi 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan: tài liệu trạng cơng trình chỉnh trị, trạng khai thác cát, trạng xói lở bờ sơng;