Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu chế độ thủy văn, thủy lực khu vực ngã ba sông Quảng Huế, tỉnh Quảng Nam phục vụ thiết kế kè bờ

LỜI CẢM ƠNTrong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Nghién cứu chế độ thủy văn, thủy lực khu vực ngã ba sông Quảng Huế, tỉnh Quảng Nam phục vụ thiết kế giải pháp kè bảo vệ b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN THI MEN

NGHIEN CUU CHE DO THUY VAN, THUY LUC KHU VUC

NGA BA SONG QUANG HUE, TÍNH QUANG NAM PHUC VU

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Nghién cứu chế

độ thủy văn, thủy lực khu vực ngã ba sông Quảng Huế, tỉnh Quảng Nam

phục vụ thiết kế giải pháp kè bảo vệ bờ”, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn

và giúp đỡ tận tình, chu đáo của các thầy cô giáo trong khoa Công trình và

khoa Kỹ thuật biển — Trường Đại học Thủy lợi cũng như sự giúp đỡ của Viện Quy hoạch Thủy lợi - Tổng cục Thủy loi, Công ty Tư vấn và Chuyén giao công nghệ - Trường Đại học Thủy lợi, các chuyên gia và đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là thầy giáo PGS,TS Nguyễn Phương Mậu; PGS,TS Vũ Minh Cát người

đã dành nhiều thời gian, công sức, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn giúp tác giả có

được kiến thức dé hoàn thành bản luận văn này.

Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được

những ý kiến đóng góp, trao đồi chân thành.

Xin trân trọng cảm on!

Hà Nội, tháng O08 năm 2014

Học viên

Tran Thị Mén

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết rằng nội dung của bản luận văn này chưa được nộp cho bat

kỳ một chương trình cấp bằng cao học nào cũng như bất kỳ một chương trình đào

tạo cấp bằng nào khác.

Tôi cũng xin cam kết các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toản trung

thực và chưa được ai công bố trong tất cả các công trình nảo trước đây Tắt cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Ha Nội, tháng 0S năm 2014

Học viên

Tran Thị Mén

MỤC LỤC

02.000 1

L Tinh cấp thiết của đề tài - essessesesecsessessessesessessessesessssessessesseas 1

II Mục đích của đề tai cecccciccccccccsccsssssssssessssessssessssessssrsatssatsesensnsatsnseeeees 3 III Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu . -:- 4

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng 2- 22s +s+zs+zs+ss+¿ 4

“¡i50 011 4

3 COng CU 0á 1n 4 4

IV Kết Ua Soi8vì0(9 00-1 4

My (000-008, 5

CHUONG I: TONG QUAN CHUNG VE DIEU KIỆN TỰ NHIÊN, HIỆN TRANG

CONG TRINH VUNG NGHIÊN CUU.D cscsscssssssessesssessessessesssessessecsusssessessessussseesecses 6

1.1 TONG QUAN VUNG NGHIÊN CUU uo.ececcecccecscsesseessessssstestesteneesees 6 1.2 TINH HINH NGUON NƯỚC SONG VU GIA — THU BON, DIEN

BIEN DONG CHAY, CHE ĐỘ CHUYEN NƯỚC CUA NHANH QUANG HUE NHUNG NAM GAN DAY - St E2212E15E121121121 2111 ce 10

1.2.1 Uy 5 10 1.2.2 Dòng chảy lũ, kiệt -2 25c- Ssc 2 E2 1127112711221 re 11

1.2.3 Chế độ chuyên nước của nhánh Quang Huế trong những năm gan day 14

1.3 HIỆN TRANG CÔNG TRINH TREN NHANH QUANG HUE 15 1.4 TINH HINH NGAP LUT VUNG ANH HUONG LŨ - 18

1.5 NHUNG VAN DE TON TAI CÂN GIẢI QUYÊTT - 20

CHƯƠNG 2: TINH TOÁN CAC ĐẶC TRUNG THUY VAN, THỦY LUC PHỤC

VU THIET KE viceecceecscssscsscssesscsvesscscssessesscsussucsucsvcsssesssssesussucsvcsssessesaeseesucaveavsaseaveass 22

2.1 GIỚI THIEU MO HINH MIKE 11 ccccccscsssesecsscsesecseeecsessesecevseeareveeees 22

2.1.1 Tổng quan mô hình MIKE Il - 2-2 2 2 ££E££E£E++E++E++EzzEezxeei 22

2.1.2 Các ứng dụng mô hình MIKE l Í - 55 +25 +vvseersesreerrsxrs 22

2.1.3 Ứng dụng mô hình MIKE11 tại Việt Nam . -<<+<<c<+<ss2 23

2.2 CƠ SỞ TOÁN HOC CUA MO HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 25

2.2.1 Hệ Phương trình Saint Venan[ - 5 + *++ + eseerererrserrerrrre 25

2.2.2 Thuật toán trong mô hình MIKE1 l 5 +52 *++s£+++eevsexeerseers 26

2.2.3 Phương trình tải khuếch tán -2- 2 252+E2+E+E££EeEEEEESEEEErrrrrerreee 29

2.3.1 Tài liệu địa hình 2-©2¿+2++c2EEc2EE2EE122112712711 2211 32 2.3.2 Tài liệu khí tượng, thuỷ hải văn .- - 5 - S5 1v + ssikssreree 33 2.3.3 Biên tính toán -¿-©2sc+++2EE9EE122E112711271127112111711 11.1 1x rrikd 33

2.3.4 Trạm kiỂm ta - tt SE E3 EEEkSEEE E111 7111111111 krrrrke 34 2.3.5 Thiết lập mô hình 2-2 2 5£ £+E£SE+EE#EE£EE2EE2EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEErrerrerg 35

2.4 HIỆU CHINH VÀ KIÊM ĐỊNH MÔ HÌNH - ¿552 39

2.4.1 Hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực -¿-s- s2 szs+xz+cxze: 39 2.4.2 Kiểm định mô hình - 2 2£ 2+ £+SE+EE££E££EE+EEtEEtEEEEEEvEErrkerrerrxeee 41

2.5 XÂY DỰNG TẬP KICH BẢN TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHONG XÁC ĐỊNH CÁC THONG SO THỦY VĂN, THỦY LỰC KHU VỰC NC 42

2.6 KET LUẬN CHƯNG 2 2 SE SSk‡EEEE‡EEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrkrek 49

CHUONG III: UNG DUNG KET QUA TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH 50

KE BO HỮU THƯỢNG CAU QUANG HUE Q ecceccscsssssesessecsessessssssssssussecsecseaens 50

TỪ K0+782,4 DEN K14442,7 ccccccscssssssessessessssssessessussssssessessessussseesesssssetsessessesesee 50

3.1 Ly lich cOng 0 50

3.2.1 Xác định cao trình đỉnh kè + 25+ 22 1332211 S221 vs veerrveeezee 51 3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế thân kè: 2-22 5222E2EEt2EEvEEESEEvrxrrrrerkree 54

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế chân kè 2- 22 2+2++2xt£E2EESExerxerkerrrersees 55

3.3 KIEM TRA ÔN ĐỊNH MAL KE 2-©2¿©52+c2+£z2£cExerxerkerreee 59

3.3.1 Chi tiGu thiét ks 1 59

3.3.2 Trường hợp tinh toan oo eee eeseceseesessecseeseeseesececeecsaesseesesseeaeeaeeaeeseens 60

3.3.3 Mặt cắt tính toate ccecceccescssessesseesessessessesssessessessesssessessessesssessesseeseesseeses 60 3.3.4 Phương pháp tính toán - c3 33123 111111111111 ke 60

3.3.5 Kết quả tính toán -¿-¿- 2-52 tt TC 1E 12112112111171 1111111111 1y 62

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHHỊ -. - 5c St 2E E3 SE9EE12EEEE15E2E2E1212E211112152E1 E22 cee 68

1 Các kết quả đạt được của luận văn - - 7-5 ++ + + *++s+seseeeseeerees 68

2 Một số vấn đề tồn tại - - St St 1E 1EE1111111111111111 111111 TxcE 70

°S8‹ 0100 70

TÀI LIEU THAM KHẢO -22-22£©2+22++2EEE+EEEEEEESEEEEEEEEEEEEEExrrrkrrrkrerrrrre 71

DANH MỤC CÁC CHỮ VIÉT TẮT

Bộ Nông nghiệp & PTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn UBND: Ủy ban nhân dân

CK BTĐS: Cấu kiện bê tông đúc sẵn

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1: Lưu lượng

Bang 1.2: Các thông số thống kê dòng chảy tháng và năm

Bảng 1.3: Thời gian và tốc độ truyền lũ trên các đoạn sông

h quân thang Nông Sơn và Thành Mỹ,

Bảng 1.4: Lưu lượng trung bình lũ thiết kể,

Bang 1.5: Lưu lượng trung bình kiệt thiết kế

Bảng 1.6: Lưu tốc ứng với các tin suất tại tuyển ngã ba Quảng HỀ cũ ~ mới

Băng 1.7: Thống kê thiệt hại do ngập lũ mot số năm gần đây vùng hạ lưu

Bảng 2.1: Tổng hợp kết quả chạy và kiểm định mô hình

Bang 2.2: Thông kế chônh lệch mye nước 2 sông từ 1995 đến 2006

Bảng 2.3: Chênh lệch mực nước theo tin suit thết kế (AH = Hạy - Hạc)

Bảng 2.4: Độ đốc mat nước ứng với tần suất thiết kế

Bảng 2.5: Độ đốc mit nước ứng vớ tin suất thết ké các năm

Bảng 3.1: Độ đốc mặt nước nhánh Vu Gia đoạn Hội Khách - Ái Nghĩa

Đăng 3.2: Các thông số vi kết quả tính toán cũ và kết quả nghiên cứu

Bảng 3.4: Các chỉ ti cơ lý đắt nén si dụng trong tính toán

Bảng cquả tinh toán ổn định mái kè

10

12 13

13

18 4t

44

44

44 33 56 s

%

DANH MỤC HÌNH VE

Hình 1.1 Vị trí tuyển kề bờ hữu sông Quảng Huế 6Hình 1.2: Hệ thông sông ngòi lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bồn 7

Hình L3: Đoạn sông nghiên cứu 0

Hình 1.4 La sông Vu Gia phá bờ tạo dòng Quảng Huế mới trong năm 2001 14Hình 1.5: Bờ hữu sông thượng lưu cầu Quảng Huế di 660 m có nguy cơ sat lở de

cđọa tới cơ sở hạ ting và tinh mạng nhân dân xã Đại Cường sau mùa lũ năm 2007.17

Hình 1.6: Kè mỏ hàn trên sông Vu Gia, trước cửa Quảng Huế mới (11/01/2011) 17

Hình 1.7: Kẻ chin sóng trên sông Vu Gia, trước cửa Quảng Huế mới "Hình 1.8: HL đập thir nhất va TL đập thứ hai chặn dòng đoạn Quảng Huế mới 17

Hình 1.9: Doan Quảng Huế cũ sau khi được nạo vét, khơi dong 17

Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quy luật dòng chảy trong sông 25

Hình 2.2: Sơ đồ sa phân dn 6 điểm trung tim 2

Hình 2.3: Sơ đồ khối inh toán thuỷ lực MIKEII 3

Hình 2.4: Sơ đồ thuỷ lực hệ thông tinh toán 32Hình 25: Thiết lập mang sông (*.NWK 11) 35

Hình 2.6: Thiết lập dit liệu địa hình (*.KNS11) 36

Hình 2.7: Thiết lập điều kiện bin (®.BNDI 1) +?

Hình 2.8: Thiết lập File thông số của mô hình (*.HDI 1) 38

Hình 2.9: Thiết lập file ms phòng (* sim 1) 39

Hình 2.10: Sơ đồ quả trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 4iHình 2.11: MN các trạm Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Giao Thuỷ và Câu Lâu 41

Hình 2.12: Các v tri xác định lưu lượng và lưu tốc 46

Hình 2.13: MN các trạm Hội Khách, Ai Nghĩa, Cảm Lệ, Giao Thuỷ và Câu Lâu 46.

Hình 2.14: Lưu lượng mô phòng khu vực công tinh 47

Hình 2.15: Lưu tốc 5 mat cất trên Sông Quảng Huế 4

Hình 3.1: Tính toin Kminmin và cung trượt mặt cắt C40 THỊ a Hình 32: Tinh toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C50 THỊ 6

Hình 3.3: Tinh toán Kminmin và cung trượt mặt cắt CS3 THỊ 63

Hình 34: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C55 THỊ

Hình 35: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C57 THÍ

Hình 3.6: Dung bão hòa mặt cắt C40 TH2

Hình 3.7: Đường bão hòa mặt cit C50 TH2

Hinh 3.8: Đường bão hòa mặt cắt C53 TH2

Hình 3.9: Dường bão hòa mặt cắt C55 TH2

Hình 3.10: Đường bão hỏa mặt cắt CS7 TH2

Hình 3.11: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C40 TH2

Hình 3.12: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C50 TH2

Hình 3.13: Tí ft C53 TH.toán Kminmin và cung trượt mặt

Hình 3.14: Tinh toán Kminmin va cung trượt mặt cắt C55 TH2.

Hình 3.15: Tính toán Kminmin và cung trượt mặt cắt C57 TH2

6

“

64

65 65 65 66 66 66

“

Gl

MỞ ĐẦU

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn là một hệ thống sông lớn ở vùng.Duyên Hải Trung Trung Bộ Sông bắt nguồn tir địa bàn tỉnh Kon Tum chảy.cua tinh Quảng Nam, Thành phố Đà Nẵng đổ ra biển Đông ở hai Cửa Đại và

Cita Hàn, diện tích lưu vực tính tới cửa ra là 10.350 km,

Toa độ địa lí như sau:

+ 14°54" đến 16°13" vĩ độ Bắc

+ 107°13° đến 10844' kinh độ Đông

Có ranh giới lưu vue:

+ Phía Bắc giáp lưu vực sông Cu Dé

+ Phía Nam giáp lưu vực sông Trì Bồng và

+ Phía Tây giáp Lào.

+ Phía Đông giáp biến Đông và lưu vực sông Tam Kỳ.

Hệ thống gồm 2 sông chính Vũ Gia ở phía Bắc và Thu Bồn ở phíaNam Hai sông có liên hệ thuỷ lực qua khu vực sông Quảng Huế, nơi dòngchảy tập trung trong lòng dẫn về mùa kiệt và chảy tràn qua bãi từ sông Vũ

Gia sang sông Thu Bồn vào mùa lũ

Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh hộicủa miễn Trung nói chung, tinh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng nói riêng

Mưa trên lưu vực Vu Gia - Thu Bồn được phân bỗ theo hai mùa rõ rệt

theo thai gian là mủa mưa nhiễu và mùa mưa ít Lượng mưa trong mùa mưa nhiều ch 65 + 80% tổng lượng mưa năm Thời ky mưa lớn nhất thường

tập trung vào tháng X và XI chiếm tới 40 + 50% lượng mưa cả năm Có những năm lượng mưa trong một ngày đêm lên tới trên 600mmngày Lượng

lớn nhất đã quan trắc được

X! pay = 5270mm 3-X1-1999

mưa ngày dé

Do chế độ thuỷ văn không đồng nhất với mùa lũ 4 tháng từ thang

IX đến tháng XII và tổng lượng dòng chảy trên 80% cả năm làm khu vực ngã

ba Quảng Huế thường xuyên nước trần bờ, xói bãi tạo lòng mới Khi mùa kiệtđến, nếu để tự nhiên thì nước sông Vũ Gia chuyển hết sang Thu Bồn gây tìnhtrạng thiểu nước, xâm nhập mặn nghiêm trọng cho các huyện phía bắc tỉnh vàthành phd Đà fing

Ở khu vực cửa vào của đồng bằng duyên hai, nằm trong phạm vi hai xãĐại Cường, Đại An của huyện Đại Lộc, sông Vu Gia và sông Thu Bồn đượcnổi với nhau bằng sông Quảng Huế, với chiều dài uốn khúc khoảng 8km.Quảng Huế là nhánh sông quyết định rất lớn đến ch độ dng chảy giữa hai

sông Vu Gia, Thu Bổn Hệ thống Vu Gia và các nhánh ở hạ lưu cung cấp.nước tưới và sinh hoại cho khu vực kinh tế và dân rộng lớn bao gồm khoảng10,000 ha đất canh tác và hon 1.000.000 dân Tuy nhiên sau các tran lũ lớnnăm 1999 và 2000, sông Quảng Huế bị cắt dòng ở khu vực xã Đại Cường,

hình thành thêm một nhánh sông mới mà cửa mới cách vị trí cửa sông Quảng

Huế cũ khoảng 1,7 km về phía thượng lưu và nối vào điểm cuối sông cũ với

chiều đài chỉ khoảng 4 km.

Sự xuất hiện của sông Quảng Huế mới làm nhánh cũ bị bồi lấp din và

sau hai năm đã bồi lấp gần như hoàn toàn, trong khi nhánh mới ngày cảng mở

rong, dẫn tới tình trang sat lở bờ liên tục trong những năm gần đây làm nhiềunha cửa, ruộng vườn ven sông phải di dời, hing trim ha đất canh tác thuộc.thôn 8, 9, © Gia Bắc, Thanh Vân xã Đại Cường huyện Đại Lộc bị cuỗn tồi

Hệ thống điện 110KV cung cấp cho xã Đại Cường bị hư hỏng nặng, đường.

‘giao thông liên huyện bị cắt đứt

Quá trình cắt dòng diễn ra phức tạp, kết quả là đoạn sông Quảng Huếmới chảy thẳng hơn, ngắn hơn, góc phân lưu thuận lợi hơn nên phần lớnlượng nước từ Vụ Gia đã được chuyển sang sông Thu Bồn sẽ gây ngập lụtnghiêm trọng cho Hội An về mùa lũ và thiếu nước cho vùng hạ lưu Vu Gia vềmùa kiệt din đến tình trạng xâm ngập mặn vào sâu các sông trong hệ thống

La lớn trên sông Vu Gia sẽ dồn sang sông Thu Bồn làm gia tăng các vùngngập lụt mới và hình thành các khu vực diễn biển sat lở,

bị

đắp mới ở vùng

hạ lưu sông Thu Bồn Trước phúc tạp gây nhiều thiệt hại cho dân cư

sinh sống nơi đây Bộ Nông nghiệp & PTNT quyết định sử dụng nguồn vốnODA thuộc Dự án Hỗ trợ thuỷ lợi Việt Nam (VWRAP) do Ngân hàng Thếgiới (WB) đầu tư va lập Tiêu Dự án Chỉnh trị sông Quang Huế (Quảng Nam)nhằm:

~ Tránh bồi lắp, suy thoái nhánh sông Vu Gia về qua Ai Nghĩa (sông

'Yên), phục vụ tưới 10.000ha;

- Tạo nguồn nước cho trạm bơm Cầu Đỏ, cấp nước sinh hoạt cho

“Thành phd Đà Nẵng;

~ Tạo nguồn nước cấp cho sản xuất v sinh hoạt của dn cư vũng hạ lưu

Do vậy, việc nghiên cứu cl ộ thủy lực thủy văn, phục vụ tính toán

thiết kế kè bờ hữu sông Quảng Hi ii in dinh bờ, giảm thiểu thiệt hại do

lũ là một việc hết sức cần thiết

II Mục dich của để tài

- Đánh giá chế độ thủy văn, thuỷ lực sông Quảng Huế vào mùa lũ,

- Mô phỏng chế độ dòng chảy ứng với các kịch bản thiết kế để xác địnhthông số phục vụ thiết kế kè

~ Thiết ké kè bờ hữu thượng lưu cầu Quảng Huế từ K0+782,4 đến

K14442,7 bảo vệ tải sin va đời sống nhân dân xã Đại Cường, huyện Đại Lộc.

TH Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dung

- Đối tượng nghiên cứu là dòng chảy lũ và tương tác của nó với công

trình kề,

- Phạm vi nghiên cứu chính là khu vực ngã ba sông Quảng Huế.

- Tuy nhiên, để có được các thông số thủy động lực ở khu vực nghiên cứu, phạm vi tính toán được mở rộng cho toàn lưu vực Vũ Gia ~ Thu

2 Phương pháp

~ Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện

có trên thể giới cũng như trong nước Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các

cự án liên quan trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, quan tâm chú ý đếnvùng trọng tâm nghiên cứu là nhánh sông Quảng Huế

~ Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành

~ Phương pháp phân tích thống kê

~ Phương pháp mô hình toán thuỷ văn, thuỷ lực

~ Phương pháp chuyên gia

3 Công cụ sử dụng.

- Khai thác, sử dụng phần mềm thương mai tính toán thuỷ lực và chất

lượng nước MIKEII.

~ Khai thác, sử dụng kết quả tinh toán thủy lực Kim cơ sở dữ liệu để tínhtoán ôn định cho kè bằng phan mềm Geoslope

IV Kết quả đạt được

- Phân tích đặc điểm khu vực và những kết quả đã nghiên cứu từ đó xác

định nhiệm vụ nghiên cứu.

‘dy dựng tập kịch bản lũ tính toán chế độ dòng chảy

~ Dựa vào kết quả tính toán thủy lực bằng mô hình Mikel1 để xuất raphương án, tính toán thiết kế các thông số kè phù hợp

~ Thiết kế kẻ theo phương án chọn

`Y, Nội dung luận văn:

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị luận văn được cấu trúc

thành 3 chương với nội dung chính:

CHUONG 1: TONG QUAN CHUNG VE DIEU KIỆN TỰ NHIÊN,HIỆN TRẠNG CONG TRÌNH VUNG NGHIÊN COU

1.1 Tổng quan vũng nghiên cứu

12 Tình hình nguồn nước sông Vu Gia - Thu Bồn, diễn bi dong chảy, chế độ chuyển nước của nhánh Quảng Huế những năm

1.3 Hiện trạng các công trình trên nhánh Quảng Huế

1.4 Tình hình ngập lụt vùng ảnh hưởng lũ.

1.5 Những vấn đề tồn tại cần giải quyết

CHUONG 2: TÍNH TOÁN CHE ĐỘ THỦY VAN, THUY LỰC

2.1 Giới thiệu mô hình nghiên cứu (Mike 11).

2.2 Cơ sở toán học của các mô hình và phương pháp giải.

2.3 Số liệu đầu vào, các biên mô hình

2.4, Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

2.5 Xây dựng tập kịch bản tính toán và mô phỏng xác định các thông,

số thủy văn, thủy lực khu vực nghiên cứu,

“ae chỉ tiêu thiết kế thân ke

~ Các chỉ tiêu thiết kế chan ke,3.3, Kiếm tra ôn định mái kè

CHUONG I

TONG QUAN CHUNG VE DIEU KIỆN TỰ NHIÊN, HIỆN TRANG.

CONG TRINH VUNG NGHIÊN CỨU.

1.1 TONG QUAN VUNG NGHIÊN CUU

Khu vực xây dung công trình thuộc xã Đại Cường huyện Đại Lộc tỉnhQuảng Nam Phạm vi công trình nằm trên nhánh sông Quảng Huế, thượng lưu

cầu Quảng Huế Nằm kẹp giữa hai sông Vu Gia và sông Thu Bồn nên chịu

ảnh hưởng trực tiếp chế độ thủy văn, thủy lực của hai song

Hình 1.1 Vĩ tí tyễn ke bờ hữu sông Quảng HuếĐịa hình khu vực công trình tương đối bằng phẳng, dạng bãi bồi ven

sông Quảng Huế Cao độ trung bình khoảng +6,0 + 7,0m

độ bãi vùng ven sông Vu Gia va sông Thu Bồn Xu thé địa hình khu vực thấpdin từ sông Vu Gia theo hướng sông Quảng Huế mới về sông Thu Bồn

ấp hơn so với cao

Khu vực dân cư nằm ven bờ hữu sông Vu Gia và sông Quảng Huế mới,

‘cao độ trung bình khu dân cư +8,0 + 9,0m, Về mùa lũ cả ving dự án đều ngậpđến cao trình +10+11m, lũ tiểu mãn ngập cao trình bãi tới +7,5m kéo dai tir

Hình 1.2: Hệ thông sông ngôi lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bén

Mat độ lưới sông ở các vùng như sau:

- Thượng nguồn sông Thu Bồn: 0,40 knVkmẺ (tinh với các sông có L>10 km và có ding chảy thường xuyên),

~ Thượng nguồn sông Vu Gia: 0,33 km/kmỶ (tính với các sông có L>10

km và có dòng chảy thường xuyên),

~ Vùng hạ du sông Thu Bồn: 0,60 km/km? (tính với các ng có LoS

km và có dòng chảy (hưởng xuyên)

Nguồn sông từ các dãy núi phía tây của lưu vực ở độ cao trên 1000 m

đến 2000 m Hệ thống sông có những đặc điểm chính sau đây:

„ đốc Chiểu dai lớn nhất không quá 200 km.

- Sông chỉ có phần thượng lưu và phần hạ lưu, không có phần trung

~ Các sông đều nị

lưu,

- Lòng sông phin thượng lưu nằm gọn giữa các thung lũng núi, nhiều

đoạn dốc đứng như khe Kẽm - Đá Dimg (nhánh Thu Bồn), nhưng phản lớn làcác bãi sông thường xuyên có một phần ngập lũ và một phin chỉ ngập lũ khigặp các năm lũ lớn Lòng sông chủ yếu cấu tạo là đá gốc hoặc đá phong hoa,

có nhiều thác ghénh, đốc Vận tốc dòng chảy lớn, ngay cả khi không có lũ là

trở ngại lớn cho giao thông thuỷ.

- Khi ra khỏi vùng núi, ng chỉ cách biển khoảng 30 km Lòng sông

chỉ rõ về mùa nước cạn, nhưng vào mùa lũ không thấy ranh giới của lòng.sông và đất đai, làng mạc, Do vật chất lòng sông là thành tạo rửa trôi, bào.mòn trên bề mặt lưu vực được vận chuyền theo dòng nước và lắng đọng matạo thành với hàm lượng cát chiếm tới 70% nên rat không ôn định Có thé nóilòng sông thay đổi sau mỗi trận lũ Dưới ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên và

hệ thống cơ sở hạ ting (bao gồm các công trình vĩnh cửu và các công trình

tạm thời, ké cả hệ thống làng mạc) ma một dòng sông mới có thé được tạo ra sau một trận lũ, cũng như lắp một đoạn sông cũ đã có trước đó.

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn bao gồm hai sông chính: Sông ThuBồn (sông Tranh, sông Khang va sông Trường) và sông Vu Gia (sông Cai,sông Bung và sông Côn) với 19 sông nhánh cắp 1, 3 nhánh phân lưu là sông

'Yên (Cẩm Lệ), sông Vĩnh Điện, sông Trường Giang; 36 sông nhánh cấp II;

21 nhánh cấp III và 2 nhánh sông cấp IV

Sông Thu Bổn bit nguồn từ đỉnh Ngọc Lĩnh cao 2.598m (tỉnh KonTum) Độ dai sông chính từ nguồn đến cửa Hội An là 198 km, điện tích lưuvực tính đến Giao Thuy cách cửa Hội An 30 km là 3.835 km?, Thượng ngusông Thu Bồn chảy qua địa phận Kon Tum 38 km với diện tích tương ứng là

500 km’, Tại Giao Thuy hai sông Vu Gia và Thu

chảy qua sông Quảng H

sông Thu Bồn Cách Giao thuỷ 16 km về phía hạ lưu thi sông Vĩnh Điện lại

có sự trao đổi dònglẫn một phi nước của sông Vu Gia nhập sang

một phần nước sông Thu Bồn sang trả lại sông Vu Gia,

Ngoài ra, mỗi sông về phía hạ lưu còn được bổ sung thêm một s

nhánh khác Sông Vu Gia có sông Tuy Loan (L.= 28 km, F = 160 km); S.ThuBồn có S.Ly Ly (L = 40 km, E = 254 km”) Giữa sông Thu Bồn và sông Tam

Ky được nối nhau bằng con sông Trường Giang là kết quả của quá trình bồi

sông

lắp cửa Đại (Thu Bồn) và một hình thức kéo dai của các sông miễn Trung

Hệ thống sông Thu Bổn có các sông Thu Bồn (S.Tranh, S.Khang và

S.Trường) và sông Vu Gia (sông Cái, s ng Bung và sông Côn) với 78 sông

suối có chiều dài 10 km trở lên bao gồm 19 sông nhánh cấp 1; 36 sông nhánh.cấp II; 21 sông nhánh cấp III và 2 sông nhánh cấp IV

Ngoài ra trong hệ thong còn có 3 phân lưu là sông Yên (sông Cảm Lệ)

sông Vĩnh Điện và sông Trường Giang.

Mật độ sông suối trung bình trong hệ thống sông là 0,40 km/kmỶ Vùng.sông Cái, sông Bung, mật độ sông thay đổi từ 0,30 ~ 0,60 km/kmẺ Vùng sông

“Tranh, sông Khang mật độ sông thay đổi từ 0,60 - 1,0 km/kmẺ Các vùngkhác mật độ sông suối thấp hơn

bg Quảng Huế mới \Ge ‘

th <a

7 \

$i

Hình 1.3: Đoạn sông nghiên ctw

.2 TÌNH HÌNH NGUÒN NƯỚC SÔNG VU GIA - THU BỎN, DIỄNBIEN DONG CHẢY, CHE ĐỘ CHUYEN NƯỚC CUA NHANH

QUANG HUE NHUNG NAM GAN DAY

1.2.1 Dang chây năm.

Lưu vực Thu Bồn có trạm Nông Son do dòng chảy với diện tích lưuvực là 3.150 km? và trạm Thành Mỹ với diện tích lưu vực là 1.850 km? do

dòng chảy trên sông Vu Gia

Trên cơ sở tải liệu thực đo, tinh toán được ding chảy bình quân tháng,

năm như sau:

năm trung bình trong thời kỳ nhiề

Bảng 1.1: Lưu lượng bình quân tháng Nông Sơn và Thành Mỹ

Tạm 1H MỊN v VI[VH|VH IX[ X [XI [XHjNăm

[Nang Sơn [22791317 905) 72,5 107.4 104.0) 74,4) 74,6[761,5]645,21999,71609,6)275,2

(Canim) | 690 408 2,75] 2.20, 335 3.15) 2.25] 2,26] 4.89/19.54|30,27/18,46 100.0

Thành Mỹ |101.2, 63.5, 45.41 380, 51.2 58,2] 43.0| 46,3, 89.4)281,9[385,7/239.8|120.3

(@e năm) | 701 440 3,14] 2.63) 3,55 4,03) 2.98) 321: 6.19|19353)2672|16.6111000

‘Theo kết quả tinh toát

'Q, (Nông Sơn) = 273,0 (m'/s) và M, (Nông Son) = 87 (I/s/km”)

Q,(Thành Mỹ) = 123,6 (m'/s) và M, (Thành Mỹ) = 65 (I/s/km”)

cứ vào tài liệu quan trac, tính các tham số thống kê đồng chảy

tháng và dòng chảy năm, ta được kết quả như sau:

Bang 1.2: Các thông số thống kê dòng chảy tháng va năm

“Thời gi: "Trạm Nông Sơn ‘Tram Thành Mỹ

x 6450 | T059 2 066 131

XI 10000 | 0: 3860 | 0.61 15)

XI 610.0 | T059 2400 | T060 lại

TBNăm Z0 | 03L 136 | 034 133

‘Tit bảng thống kê trên có thé thay:

Dòng chảy kiệt biến động ít hơn cả về không gian lẫn thời gian

Thời gian mùa lũ dòng chảy biến động rit lớn

“Tháng chuyển tiếp từ mùa kiệt sang mùa lũ kể cả 10 tiểu mãn dòng chảy

Dang chảy lũ, kiệt

Mưa lớn là nguyên nhân sinh ra lũ lụt sông ngồi và xói mòn trên lưu

vực làm ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống, sản xuất và giao thông Mưa

lớn được hình thành do nhiều loại hình thời tiết khác nhau Những trận mưa.lớn ở miễn Trung phần lớn do bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, hội tụnhiệt đới, không khí lạnh và sự phối hợp hoạt động của giải hội tụ nhiệt đới

hay cao áp Thái Bình Dương gây ra Các hình thái này hoạt động riêng lẻ

hoặc phối hợp với nhau gây nên những trận mưa lớn và đặc biệt lớn trên diện

tháng XI dat tại

rộng Trận mưa lớn nhất quan trắc được trên lưu vực rơi vào di

năm 1999 đã xảy ra trên diện rộng, lượng mưa một ngảy lớn nl

hết các trạm trên lưu vực sông Vu Gia trừ một số trạm vùng thượng nguồn.sông Thu Bồn Đặc điểm lũ ở các s ing tỉnh Quảng Nam cũng như các sông

thuộc các tỉnh miễn Trung tập trung nước rất nhanh, cường suất mực nướclớn, biên độ cao La lên nhanh và rút nhanh, rất khó khăn trong công tác dự

"báo và phòng tránh lũ lụt

Bảng 1.3: Thời gian va tốc độ truyền lũ trên các đoạn sông

ộ Từ đã 1L [Tgian truyền Hñ(h) Tốc độ truyền (mh)

Song |Dogn) _ Từ -dển (km) [TB | Max | Min TB | Max | Min

THu |_—1 [S9 Tân-NôngSơn| 190 | 35 | s0 | 20 | s4 | 95 [38 HỒN {2 Nông Son-Giao Thuỷ 70 | 30) 50 | 87 | 37

3 ÍGiao Thuy - Cao Lâu 10/60) 31 [38 [20 T_|Thinh Mỹ: Ai nghĩa H0) 50) 52 [81 | 37

Tốc độ truyền lũ trên cả hai nhánh rắt nhanh, tuy nhiên trên sông Thu

Bồn nhanh hơn trên nhánh Vu Gia Khi có lũ xuất hiện tại Sơn Tân (Thu

lũ đã xui

Bồn), trung bình chỉ khoảng 16 giờ sau (nhanh nhất

hiện ở Câu Lau cách Sơn Tân đến 70 km Trên sông Vu Gia khoảng cách tir Thanh Mỹ đến Cim Lệ là 63 km theo đường sông có thời gian truyền lũ dải

nhất là 23 giờ, ngắn nhất là 15 giờ

Tốc độ truyền lũ giảm rất nhanh từ thượng lưu về hạ lưu Vùng hạ lưusông Vu Gia từ Ái Nghĩa tới Cảm Lệ, tốc độ truyền lũ nhỏ hơn nhiều đoạn hạlưu sông Thu Bon từ Giao Thuỷ đến Câu Lâu Lũ xảy ra trên 2 lưu vực ThuBồn và Vu Gia khá đồng pha với nhau - một đặc điểm của các sông miễnTrung có diện tích không lớn, mặt đệm khá đồng đều nên nguyên nhân gâymưa thường bao trim lên toàn lưu vực Do tổ hợp đồng pha, nên lũ hạ lưuthường khá lớn và trải đều trên vùng đồng bằng hẹp của hạ lưu 2 sông

Do địa hình đốc, hẹp nên tốc độ dòng chảy, biên độ và cường suất lũ

khá lớ „ tuy nhiên các đặc trưng này thay đổi theo từng đoạn sông Trên hai

nhánh sông có hai trạm thuỷ văn nên có thể dẫn ra các số liệu về các đặc

1.2.3 Chế độ chuyển nước của nhánh Quảng Huế trong những năm gần day

Sông Vu Gia là một trong hai nhánh sông chủ yếu của hệ thống sông

‘Thu Bồn, nằm bên trái sông Thu Bồn, thuộc dia phận các huyện Nam Giang,

"Đại Lộc, Điện Ban và ha lưu là huyện Hòa Vang thuộc TP Ba Nẵng

Từ it xa xưa, ông cha ta đã dio sông Quảng Huế nhằm chuyển mộtphần nước từ nhánh Vũ Gia vốn có nguồn nước đồi đào hon sung nhánh Thu'Bồn nhằm cung cấp thêm nước cho dan sinh và các hoạt động kinh tế vào thời

kỳ mùa khô hạn Dòng Quảng Huế ban đầu như một kênh nối thẳng, nhưng

do quy luật tự nhiên của dòng sông, sau nhiễu năm đồng sông đã uốn cong đi

di tới 8 km trở thành một đoạn sông cong điển hình

Do chế độ thuỷ van rất không đều với mùa lũ 4 tháng từ tháng IX đến

tháng XII, nhưng tổng lượng dòng chảy trên 80% cả năm làm khu vực ngã ba

Quang Huế thường xuyên nước tràn bờ, xói bãi tạo long mới Quảng Huế là.nhánh sông quyết định rat lớn đến chế độ dòng chảy lũ và kiệt giữa hai sông

Vụ Gia, Thu Bồn Hệ thống Vu Gia và các nhánh ở hạ lưu cung cấp nước tưới

và sinh hoạt cho khu vực kinh tế và dân rộng lớn bao gồm khoảng 10.000 hađất canh tác và hơn 1.000.000 dân Tuy nhiên sau các trận lũ lớn năm 1990 và

2000, trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn xảy ra diễn biến đặc biệt, Sông.Quảng Huế bị cắt dòng ở khu vực Đại Cường hình thành nhánh Quảng Huế

mới.

Hinh 1.4 Lũ sông Vu Gia phá bờ tạo ding Quảng Hué mới trong năm 2001

1.3 HI TRANG CÔNG TRINH TREN NHANH QUANG HUE

đã xử lý tạm thời năm 2000 Sau đó, lũ sông Vu Gia lại phá tiếp Bộ Nông nghiệp & PTNT và UBND tỉnh Quảng Nam đã tập trung xử lý Tháng 6 năm

2001, Viện Khoa học Thủy lợi đã dé xuất giải pháp ồn định tạm thời cho khu

vue trong mùa lũ 2002 Các công trình đập tạm và ké bờ đưa ra đã phát huy tác dung tích cực trong giai đoạn từ 2002:2005 Tuy nhiên do việc lựa chon

cao trình đập chưa hợp lý nên ding chảy vẫn tập trung nhiều về sông QuảngHuế mới, sông Quảng Huế cũ tiếp tục bị bồi lấp và hạ du Vu Gia tiếp tục dấu

hiệu suy thoái Trận lũ năm 2006 phá hỏng nặng và sau đó 2007 Bộ Nông

nghiệp & PTNT quyết định sử dụng nguồn vốn ODA trong Dự án Hỗ trợ thuỷlợi Việt Nam (VWRAP) do Ngân hàng Thể giới (WB) đầu tư và lập Tiểu Dự

án Chỉnh trị sông Quảng Huế (Quảng Nam)

Các hạng mục công trình như sau:

- Phía cửa vào sông Quảng Huế mới (bờ hữu sông Vu Gia): Lam 7 mỏihan (04 ké mỏ hàn đá đổ và 03 kẻ mỏ han lái dòng bằng cọc BTCT), ké bảo

vệ bờ hữu sông Vu Gia và hoành tri cửa vào đạt cao trình +7,5m.

- Lâm 02 đập khoá trên sông Quảng Huế mới (đập khoá 1, cao trình

+7,ãm; đập khoá 2, cao trình +7,0m),

- Hoành triệt cửa ra sông Quảng Huế mới đạt cao trình +6,5m

Do tính phúc tạp của khu vực khi thực hiện các hạng mục công trình

trên Bộ Nông nghiệp & PTNT đã giao cho công ty Tư vấn và Chuyển giao

Công nghệ nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực chỉnh trị sông Quảng

Huế Từ đó bé sung cho thiết kế hệ thống công trình chỉnh trị tổng thé sôngQuảng Huế mới

Có thé thấy các công trình này đã được nghiên cứu rit cẩn thận bing

mô hình toán và mô hình vật lý.

“Trong đợt lũ lớn tại miễn Trung tháng 10 & 11/2010 vừa qua, trận lũngày 16/10/2010 làm hư hỏng 40m vai trái đoạn kẻ G1 (phần gia cổ cửa ra),

Ngày 15/1/2011 các bên đã chính thức tiến hành bin giao công trình

chỉnh trị ng Quảng Huế (giai đoạn 1) cho huyện Đại Lộc Công trình có

tông vốn dau tư 178 ty đồng, được khởi công xây dựng vào đầu tháng 3/2009.Riêng trong giai đoạn 1, Ban Quan lý đầu tư - xây dựng thủy lợi 6 đã

HT

đoạn sông Vu Gia - Quảng Huế: kè mới có tổng ch

ng để chỉnh trị khu vực cửa vào và cửa ra của dòng Quảng Hu

dai 2.050m bờ sông

bằng đá hộc, gia cố một số điểm kè cũ bị hư hỏng nặng trong đợt lũ năm.2001; xây 7 mỏ hàn, nạo vét bãi bồi bờ trái theo tuyến và mặt

thiết kế Đồng thời, lắp dong Quảng Huế mới, thi ng 2 đập khóa ve

trình đình từ 7 - 7,5m, tring tre bảo vệ bãi và xây dựng nhà quản lý 2 tang

Sau khi làm các công trình kè kiên cố thì trận lũ ngày 15/11/2010, mực.nước cao nhất ở Vu Gia (cửa vào sông Quảng Huế mới) đạt cao +9,6m,toàn bộ công trình vẫn an toàn

Hình 1.5: Bờ hữu sông thương ha cầu Quông Hư dài 660 m có ng cơ ợt lở de

đọc tới cơ sử hạ tang và tinh mạng nhân dân xã Đại Cường sau mùa lñ năm 2007

Hình 1.6: Ke mỏ hàn trí sông Vu Gia, Hình L7: Kè chin sóng trên sông Vu

trước cửa Quảng Huế mới (1 1401/2011) Gia, trước của Quảng Hué mới

Hình 1.8: HL đập thứ nhất và thượng leu Hình 1.9: Đoạn Quảng Hư cả sau khỉ

dip thứ hai chăn đồng đoạn Ouống Huế được nạp vứt ơi dòng

H HÌNH NGAP LUT VUNG ANH HUONG LŨ

Hình thành nhánh Quảng Huế mới chảy thẳng và ngắn hon, góc phân

ưu thuận hơn nên việc chuyển nước từ sông Vũ Gia sang sông Thu Bồn ting

lên đáng kể so với trước đây Vì vậy vào mùa lũ, khi có lũ lớn trên sông Vụ

Gia sẽ dén sang sông Thu Bồn làm gia tăng các vùng ngập lụt mới và hình.thành các khu vực điễn biến sat 16, xói bồi mới ở phía hạ lưu

Trong vòng 50 năm gần đây có tới hơn 10 trận lũ lớn là lũ năm 1964,

1972, 1978, 1983, 1991, 1996, 1998 và 1999, 2003, 2007, 2009.

Mưa lũ gây ngập lụt và thiệt hại về người và tải sản cho tỉnh Quảng

Nam Thiệt hại do lã lụt gây ra có xu hướng tăng lên trong những năm gần

đây

Nam 1996: Số người chết 99 ngưi tổng thiệt hại 220 tỷ đồng.

Năm 1997: Số người chết 55 người, tổng thiệt hại 563,7 ty đồng

Nam 1998: Số người chết 115 người, tổng thiệt bại 757,9 tỷ đồng

Nam 1999: Thiệt hại do lũ gây ra khoảng 758 tỷ đồng, trong đó trận lũ tháng XI thiệt hại 392 tỷ và trận tháng XII thiệt hai 366 tỷ, chưa ké các tác

động xấu đến môi trường tự nhiên, ô nhiễm nguồn nước

Năm 2007: Số người chết 26 người, tông thiệt hại khoảng 1.500 tyđồng

Nam 2009: Số ngườ

đồng [3]

Bang 1.7: Thống kê thiệt hai do ngập lũ mot số năm gần đây vùng hạ lưu

chết 52 người, tông thiệt hại khoảng 3.700 tỷ

Tr Hạng mục Đơn vị

" "1996 | 1998 | 1999 | 2007 | 2009

1 khả người 99) 35 HS 23 5|

2 |Bithương người 3 3 39| 2| 220)

2 [einen era wal ass) 2m z0

22 [Đường thay bisat lo | mô _| 548.000) 1941900] 1.517.840)

23 [Clu công sập tồi off 1 1

21 [Cw công hư hạt sã J— TR 173

2s Eee GET TAR | ạm

26 [Aotôm ch va ia 250) 284

27 |Tâu thuyên dim, chim | chiếc 3 7 59) 1

2 [Cor thông th đồ sộ | TAM| 6H 18

29 [Day cắp đất km 30] 66.1) — 447, 30.000

30 |Cộtđiện hư hỏng sật J3 — 989

31 |Dây điện đứt km + 122 1.153)

39 [Tong thệt Gaing| — 220L TS6AMj7| 757.9) 1500) 370M

"Những con số thống kê trên cho thay ngập lụt gây thiệt hại rat lớn đến

tài sản và tinh mạng của dan cư khu vực hạ du.

1.5 NHỮNG VAN DỊ ‘ON TẠI CAN GIẢI QUYẾT.

Sau trận lũ lớn năm 1999 và 2000, xuất hiện Quảng Huế mới, nhánhQuang Huế cũ bị yếu dẫn và chỉ sau hai năm đã bồi lấp rất lớn Quảng Huế

mới được hình thành ngày cảng mở rộng và liên tục gây sat lở nghiêm trong

khu vực ven sông Nhiều nha cửa ven sông phải di dời, hàng trăm ha dat canh.tác thuộc thôn 8, 9, Ô Gia Bắc, Thanh Van xã Đại Cường huyện Đại Lộc bịsạt lở và cuốn t Hệ thống điện 1I0KV cung cấp cho xã Đại Cường bị hưhỏng nặng, đường giao thông liên huyện bị cắt đứt

Việc hình thành các vùng ngập lụt mới, hình thành các khu vực diễnbiến sat lở, xói bồi mới ở phía ha du sông Quảng Huế vào mùa lũ đang dihết sức phức tạp Liên tiếp trong các tháng 8+10/2007 do ảnh hưởng của con

5 sông Quảng Hué mới cat dong hoạt động trở lại Bờ hữu sông

mới và cũ bị xói lở nghiêm trọng Đặc biệt là đoạn dòng chảy

giấp

bờ hữu hình thành một lach su mới sâu hơn lòng sông cũ 1+4 m và có xu

Quang Huế mới đoạn trước cầu Quảng Huế khoảng 660m lòng sông pI

hướng gây mắt Ôn định cho bờ hữu.

Do tính cấp thiết để đảm bảo chống sạt lở bờ hữu sông Quảng Huế, xãDai Cường hạng mục công trình gia cố đoạn bờ hữu thượng lưu cầu QuảngHuế đoạn K0+782,4+K1+442,7 khi tính toán thi é chưa nghiên cứu tính

toán đến chế độ thủy lực của nhánh Quảng Huế Vi vậy trong dé tài nghiêncứu này đưa ra xem xét chế độ thủy văn, thủy lực của nhánh Quảng Huế

thông qua sử dụng mô hình toán.

“Trường hợp sử dung mô hình toán 2 hay 3 chiều: Để có một nghiên cứu toàn điện cho khu vực theo hướng mô hình toán thì tốt nhất là sử dụng mô

hình 2 hoặc 3 chiều cho toàn hệ thống, Nhưng theo hướng này thì yêu cầu sốliệu quá nhiều mà điều kiện hiện tại không thẻ đáp ứng nôi Mặt khác khốilượng tính toán sẽ rat đỗ sộ, bộ nhớ của các máy tính hiện có khó có thé quản

lý hết được và không đảm bảo về mặt thời gian Khi tính toán như vậy, sai số

lũy tích cũng sẽ rit lớn, nếu đầu vào không đảm bảo, chưa xét tới những khía

cạnh khác Vì vậy việc sử dụng mồ hình toán 2 hay 3 chiều trong điều kiện hiện không khả quan.

Với mong muốn tăng tính én định cho khu vực, phải đánh giá lại một

cách toàn diện diễn biển của khu vực ngã ba sông Quảng Huế về chế độ thủy

văn, thủy lực cho khu vực nghiên cứu Tir điều kiện thực tế đó tác giả nghiên

cứu mô hình một chiều MIKE11 góp phan đưa ra thông số về mực nước, vận

độ rút nước nhanh để tính toán thiết kế kè bờ hữu thượng cầu Quảng,

lừ K0+782,4 đến K1+442,7 phù hợp với chế độ dòng chảy

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRUNG THỦY VAN, THỦY LỰC

PHỤC VỤ THIẾT KE

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE 11

2.1.1 Tổng quan mô hình MIKE 11

MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phầnmềm ding để mô phỏng dòng chảy, lưu lượng chất lượng nước và vận

chuyển bùn cát ở các cửa sông, sông, kênh tưới và các vật thể nước khác.

MIKE 11 là mô hình động lực một chiều được sử dụng nhằm phân tích

chỉ tiết, thiết ké, quản lý, vận hành cho mang sông có tổ hợp nhiều công trìnhtrên hệ thong cùng như hệ thông kênh dẫn đơn giản và phức tạp Với môitrường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ tính toán caoMIKE 11 tạo ra môi trường hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước,quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch

Modul thủy động lực (HD) là một phần trong tâm của mô hình MIKE

11 và là modul co bản trợ giúp cho hau hết các modul khác bao gồm dự báo

lũ ai khuyéch tần, chất lượng nước và các modul vận chuyển bin cát không

hoặc có cổ kết Các công trình được mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm:

~ Dự báo lũ và vận hành hỗ chứa

~ Mô phỏng dòng chảy trong hệ thông sông, kênh.

~ Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước.

- Thiết ki c hệ thống kênh dẫn

~ Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông va cửa sông

MIKEII là chương trình tính thuỷ lực có thé áp dụng với chế độngsóng động lực hoàn toàn ở cấp độ cao Trong chế độ này MIKE 11 có khả

năng tính toán v

~ Dòng chảy biển đổi nhanh.

- Đoạn sông chịu ảnh hưởng thuỷ triều.

- Sóng lũ.

~ Lòng dẫn có độ dốc lớn

Các ứng dụng liên quan đến modul MIKEI1 AD nghiên cứu truyền tảivật chất một chiều như quá trình xâm nhập mặn, phân bố các thành phần chất

lượng nước, hiện tượng phì dưỡng trong sông.

2.1.3 Ứng dụng mô hình MIKEII tại Việt Nam

6 Việt Nam mô hình thủy động lực học kênh hở đã được đầu tư nghiêncứu và phát triển từ hàng thập kỷ trước, Nhiều mô hình toán đã được xâydựng hoàn chỉnh và đưa vào tính toán thực tế, đáp ứng được yêu cầu của công.tắc qui hoạch, quản lí nguồn nước, giảm nhẹ thiên tai ở Việt Nam Thôngdụng nhất có thể kể đến mô hình của cố giáo sư anh hùng lao động Nguyễn

"Như Khuê VRSAP Dây là mô hình thủy động lực dòng chay một chiểu trong

kênh hở, bãi sông, vùng ngập lũ VRSAP được giải theo sơ đồ ẩn và ổn định trong mọi điều kiện và là mô hình thủy động tiêu biểu của Việt Nam Một mô

hình khác là KOD do giáo su, tiến sĩ Nguyễn Ân Niên phát triển được giảitheo sơ đỗ hiện và cũng được ứng dụng rộng rãi

Ngoài ra ở Việt Nam, một số mô hình trong nước khác cũng được sửdụng khá phổ biển là các mô hình thương mại phát triển từ các nước phát

triển như SOBEK, ISIS, HECRAS, MIKE,

Bộ mô hình MIKE của viện thủy lực Đan Mạch (DHI) đã được giới

thiệu ở Việt Nam gần đây, trong đó MIKEI L là một trong những thành pl

chính Mô hinh MIKEII là loại mô hình toán sử dụng phương trinh St 'Venant mô phỏng dòng chảy trong sông, liên kết với vùng ngập lũ Mô hình

có một số ưu điểm nỗi trội so với các mô hình khác như:

- Kết nổi với GIS

- Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE vi dụ như môi hình mưa rào ~ dòng chảy NAM, mô hình thủy động lực học 2 chiều MIKE

21, mô hình đỏng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bẻ mặt và dòng bốc

thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE).

~ Tinh toán chuyển tải chất khuếch tan

~ Vận hành công trình

~ Tính toán quá trình phú dưỡng.

MIKEII là mô hình được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới là sảnphẩm được phát triển và không ngừng cải tiến trong hơn 20 năm nay và đãđược ứng dụng vào nhiều van đề sông, cửa sông, hỗ chứa va các hệ thốngkênh hở tại khoảng 100 quốc gia Là một mô hình thủy động lực một chiều.gồm giải pháp toàn diện của hệ phương trình St Venant và nhiều modul được

bổ sung đối với tải khuếch tán, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát, mưa ~ dòng chảy, mô hình sinh thái, dự báo lũ, mô hình vỡ đập MIKE 11 là một

mô hình số hiện đại có khả năng mô phỏng hau hết các chế độ thủy lực sông

“Thực tế các cơ quan như Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Khí tượng Thủy Van,

'Viện Quy hoạch, trung tâm dự báo khí tượng thủy văn quốc gia đã sử dụng

mô hình MIKEII rất thành công trong việc dự báo lũ cho đồng bing sông

Hong - Thái Bình, hệ thống sông Cả và rat nhiều lưu vực sông khác ở nước ta

“Chính vi lẽ đó mà MIKE 11 đã trở thành một công cụ hữu ich dé mô phỏng

và giải quyết các bài toán lũ ở hu hết các lưu vực sông ở Việt Nam

2.2 CƠ SỞ TOÁN HỌC CUA MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.

2.2.1 Hệ Phương trình Saint Venant

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint

Venant, viết ra dưới dạng thực hành cho bai toán không gian một chiều, tứcquy luật điển biến của độ cao mặt nước và lưu lượng ding chảy đọc theochiều dai dong sông, kênh và theo thời gian

Hệ phương trình Saint Venant gồm hai phương trình: phương trình liên

“————

ae Hình 2.1: Se đồ mô tả qui luật ding chay trong sông

Phương trình động lượng:

MV ByW MWg (2)

ag org’ aOR

Trong đó:

B: Chiều rộng mặt nước ở thời đoạn tính toán (m)

h: Cao trình mực nước ở thời đoạn tính toán (m)

+ Thời gian tính toán (s)

Q: Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (mỶ/s)

ốc độ nước chảy qua mặt cắt ngang sông

a đọc theo hướng dòng chảy (m)

“Thuật toán trong mô hình MIKE11

Hệ phương trình vi phân (1) và (2) là hệ phương trình vi phân phi

tuyến, có hệ số biển đổi Các nghiệm cần tìm là Q và Z là hàm số của các biếnđộc lập x, t Nhưng các tham số A và V lại là hàm số của Q và Z nên khônggiải được bằng phương pháp giải tích, mà giải g đúng theo phương pháp sai

phân Từ hệ phương trình Saint Venant, ta có hai phương trình viết theo Q và

h:

@)

ah, , 210)

a CRA @

Giải hệ phương trình vi phân trên theo phương pháp sai phân hữu hạn 6

điểm an (Abbott-lonescu 6-point) sẽ xác định được giá trị lưu lượng, mựcnước tại mọi đoạn sông, mọi mặt cắt ngang trong mạng sông và mọi thời điểm

trong khoảng thời gian nghiên cứu.

“Xét một đoạn sông dai 2Ax trong thời gian At:

X Sienram nee

Hình 22: So sai phân dn 6 điễn trung tâm

Phuong trình liên tục được sai phân hoá tại bước thời gian “”.

(071+02)_071+0/,

¿0 2 2

ox 2" Av

ah _ hyn

Trong đó chỉ số bên dưới trong phương trình biểu thi vi trí dọc theo

nhánh và chỉ số bên trên chỉ khoảng thời gian.

-A¿„: diện tích không chế bởi hai điểm lưới j-1 va j

Agjet: điện tích khống chế bởi hai điểm lưới j và j+1

2Ax: Khoảng cách giữa hai điểm j-1 và j+1

“Thế vào phương trình (3) ta được phương trình

Trong đó tinh gan đúng với:

CA, 6, Ax, Ata qv Ø0 202,201,840)

Như vay, nhờ phương pháp sai phân và tuyến tính hoá, ta đã biến đổi

hai phương trình Saint-Venant (3) & (4) thành hai phương trình đại số bậcnhất (5) & (6) Các hệ số của hệ phương trình này đều có quan hệ với các an

sốQ,h.

2.2.3 Phương trình tải khuếch tán

Phương trình tải khuếch tán hay còn gọi là phương trình bảo toàn khốilượng chất hoa tan một chiều có dạng như sau:

AKC+C.9 a Trong đó:

C: Nông độ chất tan

D: hệ số phân tin

A: Diện tích mặt cắt ngang sông

phân huỷ tuyến tính

Cz: Nồng độ chat hoà tan tại nguồn

q: Dòng chảy bộ phận

x: Phương theo chiều dòng chảy

t: thời gian

Sử dung nghiệm hệ phương trình Saint Vernant tìm được tai mỗi bước

thời gian để giải phương trình khuếch tán sẽ cho ta nồng độ của chất hoà tan

tại các mặt cắt dọc sông [2]

2.3 SÓ LIỆU DẦU VÀO, CÁC BIÊN MÔ HÌNH

Việc nghiên cứu khu vực ngã ba sông Quảng Huế không thé chỉ bó gọn trong không gian đó mà phải tính toán cho toàn hệ thống sông Vũ Gia - Thu

Bôn vì môi liên hệ thủy lực giữa các nhánh sông.