Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu bài toán vỡ đập hồ Đồng Nghệ thành phố Đà Nẵng, từ đó kiến nghị giải pháp phòng tránh cho khu vực hạ du

Từ đó vận dụng tính toán các kịch bản khi vỡ đập đối với hồ Đồng Nghệ và kiến nghị giải pháp ứng phocho khu vục hạ du hỗ Dồng Nghệ nhằm phòng tránh hoặc giảm nhẹ thiệt hại chocác khu dan

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Các thảm họa thiên nhiên là mối đe dọa nghiêm trọng tới cuộc sông trên Trái Dat và quá trình phát triển bền vững của nhân loại Trong số các mối nguy hiểm của thiên nhiên, lũ lụt là một trong số các thảm họa thiên nhiên nghiêm trọng nhất Chúng chiếm tới 30% tổng số thảm họa thiên nhiên, 30% tổng thiệt hại về kinh tế,

và khoảng 20% số tử vong do thảm họa thiên nhiên gây ra.

Ở Việt Nam nói chung và Đà Nẵng nói riêng lũ lụt là một trong các mối nguy hiểm rất nghiêm trọng, có các khu vực xảy ra lũ quét trên phạm vi rộng, những trận lũ lớn gây mat an toàn, phá vỡ tính nguyên vẹn cho công trình và dẫn tới

gây lũ lụt cho vùng hạ du.

Riêng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có 21 hồ chứa nước, trong đó có 19

hồ thuộc loại nhỏ, hồ Đồng Nghệ và Hòa Trung thuộc loại vừa Nhiệm vụ chủ yếu của các hồ chứa này là cấp nước tưới, sinh hoạt cho khu vực hạ lưu Không có hồ nào có nhiệm vụ phòng lũ, do đó khi có lũ đến hồ chứa thì các hồ này cần phải xả lũ

dé đảm bảo an toàn cho chính công trình Những dot xả lũ này thường gây ảnh hưởng rất lớn đến hạ lưu, nếu kết hợp với các yêu tố bất lợi khác như mực nước lũ trong sông cao, triều cường ở cửa sông thì thiệt hại là vô cùng to lớn Một sự cố khác cũng rất nguy hiểm nếu để xảy ra đó là vỡ đập hồ chứa Khi xảy ra, một lượng nước rat lớn trong hồ chứa sẽ tràn xuống hạ lưu và gây ra những ton thất nặng nề về

dân sinh - kinh tế - chính trị - xã hội của khu vực bị ảnh hưởng.

Những hiện tượng trên hoàn toàn có thé xảy ra và thời gian xuất hiện thi không được định trước, vì thé cần có một chương trình hành động phù hợp dé ứng

phó.

Một kế hoạch được chuẩn bị một cách khoa học, chi tiết chắc chăn sẽ ứng phó hiệu quả với những hiện tượng bất thường của thiên tai và giảm thiểu đượcnhững tác hại của lũ lụt.

pháp hợp lý.

Vi các lý do trên cho thấy nghiên cứu bài oán vỡ đập, kiến nghị giải pháp phòng tránh cho khu vực họ du là hoàn toàn hợp lý và rất cấp thiết của người dân

trong khu vực hạ du công tình

IL Mục tiêu của Đề tài:

"Nghiên cứu lựa chon phương pháp tính bài toán vỡ đập Từ đó vận dụng tính

toán các kịch bản khi vỡ đập đối với hồ Đồng Nghệ và kiến nghị giải pháp ứng phocho khu vục hạ du hỗ Dồng Nghệ nhằm phòng tránh hoặc giảm nhẹ thiệt hại chocác khu dan cư, cơ sở kinh tễ, an ninh, quốc phòng

ILL Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

~ Cách tiếp cận của Để tải là

+ Thu thập, phân tích và tổng hợp kế thừa các tả liệu thực tế của khu vựcnghiền cứu,

‘+ Nghiên cứu các tải liệu trong và ngoài nước về tính toán bai ton thủy lựcKhi xây ra vỡ đập,

+ Vận dụng để tính toán, xây dựng phương án ứng phó cho khu vực hạ du

đập Tính toán các bài toán thủy lực về bài toán vỡ đập ứng với các kịch bản đó,

xây ra trong trường hợp vo

- Xây dựng được phương án ting phó khi vỡ đập cho hạ du hỗ Đồng Nghị

Dé ra được phương án bio vệ, phòng trắnh hoặc giảm nhẹ thiệt bại, cho các khu dân

cu, co sở kinh tế, an ninh, quốc phòng, là cơ sở dé đưa ra bản đỏ quy hoạch mộtcách hop lý,

1.1 Điều kiện tự nhiên.

TLL Vị tí dia lý

Khu vực Trung Trung Bộ gồm 8 tỉnh, thành phố là ; Quảng Ngãi, QuảngNam, Đà Nẵng, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị và Quảng Bình

Phía bắc giáp tỉnh Hà Tĩnh

+ Phía nam giáp tỉnh Bình Định

+ Phía đông giáp Biển Đông,

+ Phía tây giáp Lào

1.1.2, Đặc điểm địa hình.

Địa hình trong lưu vực phần lớn là đi núi, riêng phía Dong giáp biên là(đồng bằng nhỏ hẹp có địa hình thấp đưới 30 m bị chia cắt bởi nhiều diy núi damngang sit biển Phía tay là vùng núi, gỏ, đồi Chuyển tiếp từ vùng núi cao xuốngđồng bằng là vũng trung du với những đổi núi thấp có độ cao (100-800) m

1.1.3 Đặc điểm thé nhưỡng

Đất được phát triển trên các loại đá mẹ, gồm các loại chính dưới đây:

- Nhóm đất min trên núi cao;

-N m đất feralit phát triển trên đá mic ma và các loại đá khác, phân bổ

rộng rãi ở vàng đồi núi thấp

Tùng bi tin phá, khai thác thiểu qui hoạch Tinh đến năm 2006, diện tích

rũng trong tinh Quảng Nam khoảng 457,7.103 ha, trong dé rừng tự nhiền 396,3.103

ha rùng trồng 6L.4.103 ha, tỷ lệ rùng che phủ khoảng 43.9%,

LLS điễm khí , thấy văn

1.1.5.1 Đặc điễn khí hậu

4 Đặc điền chung

Khi hậu chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ khí hậu nhiệt đói gió mia cónhững tác động mạnh mẽ của các yêu tổ biển đông Mặt khác do tác động chin giócủa dy Trường Sơn đã tạo những biễn đổi sâu sắc vé khi hậu trong vùng mi đặcbiệt là sự biến đổi của mưa theo không gian dẫn đến sự phân hóa sâu sắc chế độdong chảy theo mưa của các hệ thống sông ngồi trong vùng

“Trong năm khí hậu chia làm hai mùa: mùa đông và mùa hè Giữa hai mùa.không có sự chênh lệch lớn về nhiệt độ không khí nhưng lại có sự tương phản sâusắc trong chế độ mưa Lượng mưa nim trung bình nhiều năm trên khu vực biển đổi

trong khoảng (2000+5000)mm nhưng lại có sự biến đổi rất lớn theo không gian

theo độ cao lưu vực.

Vio mùa đông hướng gió thịnh hành chính là gió mùa Đông Đắc Gió mùaĐông Bắc khi đi vòng qua biển đã bị biển tính hoàn toàn, khối không khí dm và âm

ơn tạo rath im, Hoạt động của gió mưa Đông Bắc kết hợp với các

n thoi tiết (áp thấp nhiệt đói, bão, xody, gải hội ) cùng với tác động chắn giócủa đầy Trường Sơn là nguyên nhân gây mưa lớn đến rit li trên toàn khu vực Vàomùa hè, hướng gió thịnh hành chính là gió Tay Nam Gió Tây Nam từ Bắc An Dộdương thôi tới gặp dãy Trường Sơn, hiệu ứng Font diễn ra mạnh mẽ đã để lại lượng.mua lớn bên sườn Tây Trường Sơn và Tây Nguyễn, khí vượt sang sườn ĐôngTrường Sơn khối không khí trở nên khô, nóng tạo ra hiện tượng gió Lào và mang.lại một thời ky khô hạn kéo dài ở mi trung Việt Nam

biển Đông cùng với tic động của day Trường Sơn đã tạo ra nơi đây một mùa khô,

nông, mưa ít kéo dài, một ma mưa với liên tgp những trân mưa có cường độ lồn, trên diện rộng là nguyên nhân gây hạn hin nghiêm trọng vào mùa khô, lũ lụt e lệtvào mùa mưa trên toàn khu vực Trung Trung bộ nói chung và lưu vực tuyễn côngtrình nồi riêng

Bang 1.1 Số giờ nắng trung bình thang một số tram trong,

khu vực Trung Trung Bộ (giờ) Giá trị trung bình thắng

TR

ay_|1148]1369]190.4196.2)213.5 193.2}200.4)197.5)156.5)121.4) 760 | 64.2 [1874.0 y

Độ n không khí có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và lượng mưa

đạt 5 + có

Vào các thing mùa mưa độ dm không khí ving đồng bằng ven bí

thấp nhất có thể xuống tới mức 20 + 30%.

Bảng 1.2 Độ ẩm không khí trơng đối trung bình một số tram trong

khu vực Trung Trung Bộ (%)

4 Chế độ nhiệt

Nhiệt độ không khí trung bình năm khoảng 24-26°C, giảm từ đồng bằng ven

biển lên miễn núi theo sự tăng cao của địa hình Nhiệt độ tối cao tuyệt đối có thể

tiên 40°C vào những ngày có gió tây khô nóng Nhiệt độ tối thấp tuyệt đồi có thể

dưới 15°C ở vùng đồng bằng và dưới 10°C ở vùng núi

Bang 1.3, Nhiệt độ không khí trung bình một số trạm trong

khu vực Trung Trung Bộ (oC) Giá trị trung bình tháng Trạm Năm

1[Ƒm[m]iw[v [vi|[vn[vm]x [ x [xi[xu

NI lộ không khí trung bình (oC) i,4[22.324.1 ]26.4]28.3]29,3]29,3]28,9]27.5]25,9[24,1]22,1] 25.8 {Tam Kỳ |21,4]22,6]24.4|26,7|28,1]28.8]28,9|28.6)27,2 21.7) 25.6

ma My |20,6|22,0|24.1 [26,1)26,8]26,9]26,9|26,9|25.7|24.2]22.4]20.6] 24.4

« Bắc hoi

~ Lượng bốc hơi phụ thuộc vào yếu tổ khí hậu: nhiệt độ không khí, nắng, gi,

49 âm Lượng bốc hơi trung bình trên lưu vực khoảng 680 + 1040mm, ở vùng núi

Bing 14 Bốc thốt hơi tiềm năng trung bình tháng một số tram trong

khu vực Trung Trung Bộ (mm) Giá trị trung bình thing

⁄ CHẾ độ giá

Lượng mây tổng quan trung bình năm biến déi trong phạm vi (5-7,7)/10 bầutrời, cổ xu th tăng dẫn từ đồng bằng lên miễn núi Tốc độ giĩ bình quân hằng năm

vũng núi đạt 0,7 + 1,3 mưa, trong khi đĩ vùng đồng bằng ven biển đạt 1,3 + 1,6 mis.

Tốc độ giĩ lớn nhất đã quan tắc được ở Trà My mia hạ đạt 34 mis trong mika mưađạt 25 nvs, Vùng đồng bing ven biễn giỏ thường mạnh hơn và đạt 40 mis như ở Đà

Nẵng khi cĩ bão.

Bảng 1.5 Tốc độ giĩ trung bình tháng một s trạm trong

khu vực Trung Trung Bộ (m/s)

“Giá trị trung bình tháng

Trạm Năm

1[Ƒm[m][wTv [vi[vnjvm[x[x [xi[xu

Tốc độ gi (n5)[bà Nẵng | 1,5 | 1.8 | 19 | 17 [1,6 [12 {12 | 12 | 14 | 17 [2116| 16

tam Kỳ [15 | tạ | L7 [L8 [19 | 19] 1 | L8 | Lể | 19 |2 [18 | 1s

Ha My [os [1o | 1o Lò [os |ộ [o7 |oz | o7 |o8[o7|06| os

thung lũng sông Bung tăng lên tới trên 4.000 mm ở vùng núi, trong đỏ trung tâm.

mưa lớn Trả My - thượng nguồn sông Thu Bồn là trung tâm mưa lớn nhất ở Trung Trang Bộ, và là một trong một số trung tim mưa lớn ở nước ta Lượng mưa trùngbinh tháng phân phối không đều trong năm và có dang 2 định; đình phụ vào thingV-VI do mưa tiêu mãn gây ra, định lớn nhất năm vào thing X hay thing XI Mùa

mưa hàng năm thường chỉ kéo dai 4 tháng, từ tháng IX đến tháng XII, nhưng lượng.

mưa mia này chiếm tới (60-75)% lượng mưa năm Mùa khô (mia mưa ft) tuy kéodài tới 8 tháng, nhưng lượng mưa mùa này chỉ chiếm (25-40)% lượng mưa năm,trong đó lượng mica của 3 thắng liên tục nhỏ nhất chỉ chiém (3-6)% và thưởng xuấthiện vào các tháng I-II ở phần phía tây lưu vực và các tháng II-IV ở các nơi khác.

mùa hạ, trong khi mia meu đang diễn ra trong phạm vì cả nước thì ở cáctinh Trung Trung Bộ, do hiệu ứng phon phía sườn khuất gi (phía Đông Trường

Sơn), dang là mùa khô kéo dai với những ngày thời tiết khô nóng, đặc biệt ở vùng.

đồng bằng ven biển và các thung lũng thấp

Thời kỳ cuối mia hạ đầu mùa đông gió mùa Đông Bắc đối lập với hướng

kèm theo là những nhiễu động như fon cực đới, xoay thấp, bão vi hội tụ nhiệt đổi cubi mùa đã thếtlập mùa mưa ở Quảng Nam, Đà Nẵng và các tỉnh, thành phố

ven biên Trung Trung Bộ

Miia mưa kéo dai từ thắng IX đến tháng XII, mia khô từ tháng I đến thắng

VI Riêng tháng V và tháng VI xuất hiện đình mưa phy, cảng về phía Tây đỉnh

mưa phụ cảng rõ nét hơn, hình thành thoi ky tiểu mãn trên lưu vực sông Bung.

Thành phần lượng mưa trong mùa nhiễu mưa chiếm 6Š + 80% lượng mưa cả năm, thành phần lượng mưa trong mùa ít mưa chỉ chiếm 20 + 35% lượng mưa cả.

năm Tuy nhiên thời kỳ mưa lớn nhất vùng nghiên cứu thường tập trung

thing là tháng X và thắng XI, thành phẩn lượng mua trong 2 thang này chiếm 40 +'50% lượng mưa cả năm,

Tên tram Lượng mưa trung bình thắng, năm (mm)

LH HH NỈ V LVIjVHjVH]IXỈ X XI XH Năm

1 Đà Nẵng - 714|240215360101.71065 78.3 147.1):23.3634.3452.7221.32206 9

Tam Kỷ _ 123,4144,439,3.44,9 93,3 102,1 79,4 115,9825,01713,6580,9372,62634.8 Nông Sơn 62,8 6,531.488,6227,3202,5 155,2190.81330,4696,2594,6274,82891.0

4 Thành My 33.1 |19,033,789,1248,7203,6 146,3195,3074,21512,5341,9104.92202.3 1.1.5.2 Thúy van

«a, Ding chảy nim

Phan bố của dòng chảy năm trong lưu vực rit không đều, từ dưới 30 Vs.km?

ở vùng đồng bằng ven bién đến trên 100 Vs.km? ở thượng nguồn sông Thu Bồn

Tổng lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm khoảng 20,4 km’, (chiếm

3.4%) tổng lượng dong chảy năm của các sông subi của nước ta.

Mức bảo đảm nước bình quân trong 1 năm trên 1 km? điện tích khoảng

1.010.102 mskm? và 16300 mẺ/người (theo dân số năm 2005 khoảng 1,25 triệungười)

Dòng chảy phân phối không trong năm, lượng dòng chảy trong 3 tháng

mùa lũ (các thắng X-XII) chiếm khoảng (65-70)% ding chảy năm; trong khi đó,

mùa cạn kéo đài tới 9 tháng (các tháng I-IX), nhưng lượng dong chảy trong mùa.này chỉ chiếm (30-45)% dòng chảy năm Dạng phân phối ding chảy trong năm có 2đính: đình chính xuất hiện vào tháng XI, đỉnh phụ xuất hiện vào tháng V do mưa.tiga mãn gây ra, Ba thắng liên tục có lượng dang chảy nhỏ nhất xuất hiện vio cáctháng II-V hay II-V tuỷ thuộc vào sự xuất hiện của lũ tiểu mãn, lượng dòng chảycủa 3 thing này chỉ chiếm khoảng (5-10)% lượng dng chảy năm,

Mô dun đồng chảy năm trung bình thời kỳ nhí đổi năm (1977-1999) bitrong phạm vi từ đưới 30 Uskm? ở vùng đồng bing ven biển đổn hơn

60 Us.km’ ở vùng miễn núi, lớn nhất đạt tới hon 80 I/s,km” ở thượng nguồn sông

“Thu Bồn và nhánh sông Vu Gia (thuộc sườn phía tây nam dãy Bạch Ma)

Chế độ nước sông ở vùng hạ lưu ven biển còn phụ thuộc vào thuỷ triều với

độ bản nhật tiểu không đều Thuỷ tiểu có thí

a im nhập sâu vào sông Thu Bồn.

tới 35 km,

Bang 1.7 Lưu lượng trung bình tháng, năm tại một số trạm trong

lưu vực Trung Trung Bộ (m)5)

Luu lượng trùng bình thing, năm (m"/s)1[m[m fav] v | VI|VI|VH[ix: x XI XHNăm

1 Thành Mỹ Vụ Gia | 107]67.4) 482|A1,6|53,4583)45,8|552|100281369249 123

2 Nông Sơn Thụ Bồn 232| 135] 92,4]71,8| 101 98.5|70.2|78,9|171650953622 273

b Ding chấy lĩ

Lưu lượng định lũ lớn nhất trong thời kỳ quan trắc đạt tới 7000 (Mons =

3,78 mÏs km) vào ngày 20/X/1998 tại trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia, 10,800

ms (Magax=342 mV am”) vào 12/XU2007 tại trạm Nông Sơntrên sông Thu BồnTheo điều tra, trận lũ X1/1964 là trận lũ lịch sử sông Thu Bồn với Qmax=18.200.mỖS (Mqs„.=5,76 m’/s.km?) tại Nông Sơn Từ đó có thể nhận thấy, lũ trên sông.Thu Bồn thuộc loại lớn so với sông khác ở Việt Nam Các trận lũ lớn và đặc biệt đãgây ngập lạt nghiệm trong ở vũng đồng bing hạ lưu

Bảng 1.8 Lưu lượng dinh l lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất một số

trạm trong lưu vực Trung Trung Bộ.

Lưu lượng định lũ lớn nhất | _ Lưu lượng nhỏ nhất

TT) Tạm Sông Q M | Thờigan | Ó | M | Thờign

(mỦS) (mŸskm)), xuẩthiễn |mÖA)j(WekmỦ), xuấthiện

1 Thành Mỹ VuGia 7000 3.78 20/XU1998 | 11,3) 6,11 | 4/IX/1988

2 NôngSơn Thu Bon 10800, 3/42 20XU2007|146| 4,63 17VUI977|

(10-40) Ms khỂ, môđun trang binh 3 thẳng nhỏ nhất (Msg) là 75-30) krỂ,möđun thắng nhỏ nhất (Mcine min) là (6-20) Ms.km”, môđun nhỏ nhất (Main) là (5-

15) Us.kmỶ,

Lưu lượng nhỏ nhất trong thời kỳ là 11,3 mŸ⁄s (6,11 I/s.km”) vào ngày4/IX/1988 tại Thành Mỹ trên sông Vu Gia, 14/6 ms (463 Vs.km? vào ngày17/VUI9T?) tại Nông Sơn trên sông Thu Bồn,

1.2 Các sự cổ xây ra gây phá hủy đập đất khu vực Trung Trung Bộ

1.2.1 Những sự cổ thường gập và nguyên nhân gây ra sy cổ ở đập đất

1.2.1.1 Lit tràn qua đỉnh đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

~ Tính toán thủy văn sai: Mưa gây ra lũ tinh nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ, tổng

lượng Ii nhỏ hơn thực , các dạng la thiết kế không phải li bắt lợi, thiếu hm vực,lập cong dung tích hồ W=f (H) lệch về phía lớn, lập đường cong khả năng xả lũ của.đập tràn {H) sai lệch với thực tế.

- Cửa đập trần bị ket.

= Lat vượt tin su thiết kể, không có trần xã lũ dự phòng,

= Định đập thấp hơn cao trình thiết kế

1.2.1.2 Sat mái đập thượng lưu.

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

= Tĩnh sai cắp bão

- Biện pháp thiết kể gia cổ mii không đủ sức chịu đựng sóng do bo gây ra

- Thi công lớp gia c kém chất lượng : Kích thước đá lát hoặc tắm bê tông

nhỏ hơn thiết kể, chất lượng đá hoặc bê tông kém, đá lát đặt nằm, không chẻn chặtcác hôn đá.

- Đất mai đập thượng lưu dim nên không chặt, hoặc không xén mi

1.2.13 Tham mạnh hoặc si nước ở nén đập

= Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng.

Chất lượng xử lý nén kém: khoan phụt không đạt yêu cầu: hốt không sạch

lớp bồi ích thi công chân khay, sn phủ kém dẫn đến thing lớp cách nước,

~ Xit lý tiếp giáp nén và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp

xử lý, hoặe do khi thi công không thực hiện tt biện pháp xử ý.

1.2.1.4 Thẩm mạnh hoặc sii nước ở vai đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra

~ Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt,

~ Không bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập

~ Đằm nện dit rên đoạn tip giáp ở các vai đập không tốt

- Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt

12.1.5,Thẳm mạnh hoặc sii nước ở mang công tink

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

~ Thiết kế không dé ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt.

- Đắp dit ở mang công trinh không đảm bảo chit lượng : chất lượng đắt dip

không được lựa chọn kỹ, không don vệ sinh sạch sẽ để vất bổ các tạp chất trước khỉ

, đầm ngn không kỹ.

- Thực hiện biện pháp xử lý không dim bảo chất lượng.

- Hong khớp nỗi của công trình.

~ Công bị thing,

1.2.1.6 Thẩm mạnh hoặc sii nước trong phạm vi thân đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Bản thân dit đắp đập có chất lượng không tốt, him lượng cát, bụi dim sạn

nhiều, hàm lượng st, đắt bị tan rã mạnh

~ Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cap sai các chi tiêu cơ lý lực học, do

khảo sit sơ si, khối lượng khảo sắt thực hiện it, không thí nghiệm diy đủ các chỉtiêu cơ lý lực học cần thiết, từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp

= Chon dung trọng khô thiết kế quá thấp, đắt sau khi đầm vẫn toi xếp, ba rồi

= Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm, do đó độ âm của đắt dip

không đều, chỗ khô chỗ dim, làm cho đất sau khi đắp có chỗ chặt có chỗ vẫn rời raetoi xếp.

= Dit được dim ngn không đảm bảo độ chặt yêu cầu do: lớp đất rải dày quáqui định, số lần đầm ít, nên đất sau khi đắp cô độ chat không đồng đều, phân lớp,trên mặt thì chặt phía dưới vẫn còn tơi xốp Không đạt độ chặt qui định, hình thànhtừng lớp đắt yếu nằm ngang trong suốt cả bề mặt lớp dim,

- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân.

đoạn đập dé đắp trong quá trình thi công

~ Thiết kế tiêu nước bị tắc

1.2.17 Nữt ngang đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Liin nền đột biến do chất lượng nền kém;

Š địa hình

- Lún không đều đột biển rong thân dap do chênh lệch độ

nên đập không được xử lý.

~ Dit dip đập có tinh lún ớt lớn hoặc tần rã mạnh nhưng khi khảo sắt không

phát hiện ra, hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý.

1.2.18 Nitt dọc đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra

= Nước hồ chứa ding cao đột ngột gây ra tải trọng trên mái đập thượng lưutăng đột biển

= Nước hồ rút xuống đột ngột gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu.

= Nền đập bị lún trên chiều dai tim đập.

- Dit đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt hoặc tan rã mạnh nhưng khảosit không phát hiện ra hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hop lý:1.3.1.9 Niet nẻ sâu mặt hoặc mái đập

Do đất dip đập thuộc loại trường nở tự do mạnh

1.2.1.10, Trượt sâu mái dép thượng haw

Do các nguyên nhân sau đây gây ra

- Bão lớn sống to kéo dải, đầu tiên phá hỏng lớp gia cổ, tiếp 46 phá khối đất

ở phần thượng lưu thân đập,

~ Nước hd rit đột ngột ngoài dự kiến thiết kế

~ Sức bền của đắt dip đập không đảm bảo các yêu cầu của thết kế

~ Thiết kế chon tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế

- Thiết kế chon sai sơ đồ tính toán ôn định.

~ Chất lượng thi công đắt đắp đập không đảm bảo yêu cầu thiết kế,

-Đị d n đập xấu không được xử lý

1.2.11, Trượt sâu mát đập hạ hi

Do các nguyên nhân sau đây gây ra

Địa chất nền xấu hơn dự kiến của thiết kế do khảo sit đánh giá không đúng

với thực tế

= Site bền của đắt dp đập kém hơn dự kiến của thiết kế do đánh giá sai cácchỉ iêu về chất lượng đắt đắp đập

- Nền đập bị thoái hóa sau khi xây đựng đập nhưng khi khảo sit và thiết kế

đã không dự kiến được

- Thiết kế chọn sai ổ hợp tải trọng

= Thiết kế chọn sai sơ đồ hoặc phương pháp tính toán.

~ Chất lượng thi công đất đắp đập không đảm bảo

- Thiết bị tiêu nước ị tắc lâm ding cao đường bảo hòa

+ Tiêu thoát nước mưa trên mặt mái ha lưu không tốt, khi mưa kéo dai toànthân đập bị bo hòa nước ngoài dự kiến của thiết kể

Theo thing kê các sự cỗ gay phá hủy đập

+ Sot múi thượng lưu là: 25/8484;

1.2.2, Các sự cỗ xây ra gây phá hiiy đập đất khu vực Trung Trung Bộ

Các sự cổ xây m gây phi hủy đập đất khu vực Trung Trung Bộ chủ yếu là dothắm, cống Ky nước bị hỏng, và sat lớp gia cổ mái đập thượng lưu như hai công trình là công ình thủy lợi Phú Ninh và công ình Đập Vực Tran

«4 Công tình thủy lợi Phú Ninh:

~ Được xây dựng trên sông Tam Kỷ, huyện Tam kỳ, tỉnh Quảng Nam Hệ

thống công trinh gồm có:

+ Mội đập chính bằng đất cao 40m, đãi S6lm;

+ Hai đập tràn xã lũ với lưu lượng thiết kế là 2.369 mis;

+ Hai công lấy nước với lưu lượng thiết kế là 32,30 mvs;

+ Một nhà máy thủy điện sau đập kết hợp tưới có công suất lắp máy

000 KW;

+ Kênh chính dài 60 km, kênh cắp 1,2 và cắp 3 đài 300 km:

- Sự cổ xây ra ở công trinh Phủ Ninh là đập chỉnh bị sii nước ở hạ lưu đập

phụ Tứ Yên (công Bắc) bị rô nước

* Sự cổ say ru đập phụ Tit Yên (cing Bắc)

[Nam 1984 tai bãi đập ở chân mái đập hạ lưu và tại vũng tiếp giáp với tưởngthượng lưu nhà máy thủy điện đã xuất hiện nước rò ri, ban đầu lượng rò không lớn

nhưng đến năm 1986 lưu lượng nước rò rỉ do được là Q=1,0 Vs Toàn bộ bai dap 6chân mái hạ lưu bị wt si 1g nước day lớp dit trồng cô trên mặt phòng lên và bùngnhùng như cao su, nhiều chỗ nước chảy ra thành voi.

Tại khu vee bãi đấ tiếp giáp với tường thượng lưu của nhà máy thủy điệnnước phun lên thành vòi cao tới 0,81.

Vi tí r rỉ được trình bày ở hìn 1.1

at bằng vt cdc Khu nade

1-Đặp phụ Tự Yên I= Cổng; I - Nhà my thy iV - Kônh ti

1 Lốp t!ï nước, 2- B® nước ở khu tếp áp chân tường NWTĐ,3- Các lỗ nước phụ ra,

Hình 1.1 Mặt bằng vị trí các khu rò nước đập phụ Tứ Yên - Công trình Phú Ninh

~ Có 3 nguyên nhân được nêu ra là: do thắm mạnh qua đất đắp dập, do thủnghoặc gây đường ông, do hỏng khớp nỗi

* Sự cổ sili nước mạnh ở đập chính:

- Kết cấu đập chính: Do chất lượng dắt đắp đập tốt, khối lượng dồi dio nềnđập dit được chọn là đập đồng chit, có chân khay đảo xuyên qua lớp bai tích vàcắm vào da gốc Tại chân đập thượng lưu có sin phủ Mặt cắt ngang đập được trình bay ở hình L2

-Mô ti sự cổ

Đầu năm 1979, sau khi chặn ding để dip dip chính khi mức nước ở thượng

lu ở cao tỉnh 4,00 mi; cao hơn mực nước ở hạ lưu đập 3,0 m thở bãi bồi hạ lưu

đập bên phải xuất hiện 118 sii nằm phía ngoài chân đập hạ lưu khoảng 15 m Lưu

lượng nước chảy ra khi phát hiện lỗ sti là 2,0 Us, Sau đó lỗ sùi mở rộng ra và lưuMượng tăng lên đến 17.0 Us

Công trường đã xử lý bằng cách làm 1 bãi cọc dé lên miệng hồ sti,

Vio mùa lũ năm 1979, nước trong bồ dâng cao ở cao trình 25,40 m; chênh

lệch cột nước thượng hạ lưu là 20,0 m; lưu lượng mạch sii vẫn không tăng thêm và

ổn định ở trị số Q = 17,0 Us

- Nguyên nhân: Qua nghiên cứu và phân tích thì nguyên nhân chính dẫn đến

sự cổ là do thi công chân khay chống thắm có một số đoạn không đảm bảo chấtrong và do địa chất nến đập

* Giới thiệu vé công trình:

Công trinh thủy lợi Vực Tròn được bố trí tại xã Quảng Châu, huyện QuảngTrạch, tinh Quảng Bình, Công trình bao gồm 1 hồ chứa nước với công trình đầumỗi gdm có: | đập chính bằng đất cao 29,00 m dai 1040 mỹ 1 trần xa 1a kiểu mắngphun có 2 cửa cung B x H = 10 x $ mỹ cổng lấy nước Bắc có lưu lượng Q = 1,99

m/s; cổng lấy nước Nam có lưu lượng Q = 5,65 m/s; đập phụ Bắc cao 9,0 m dài

240 m và đập phụ Nam cao 19,0 m dai 240 m Công trình có nhiệm vụ tưới cho3.885 ha ruộng đất

~ Công trình đã xảy ra những sự cổ sau:

Để chống thắm đã khoan phụt vữa xi măng sét gồm 216 lỗ với tổng chiều dai

là 3682 m, phụt 16,50 T xi ming và 400 T sót để tạo ra màng chiin có bé rộng B >

6,00 m Sau khi khoan phụt vita hệ số thắm của ming chắn đạt được K = 1 x 10° =

xử lý

Tháng 3 năm 1984 khi hồ chứa tích nước lên đến cao trình 13,5 - 14.5 mthìđập chính xuất hiện 4 lỗ rd nước; trong đỏ có 2 lỗ ở cao trình 13,50 m và 2 lỗ ở cao

trình 4,00, Lưu lượng ở mỗi lỗ rò là q = 5 - 10 Us lim ớt sting mái hạ lưu trên

băng dai 630 m theo tim đập.

Tình hình thắm ngày cảng phít tiễn nên năm 1986 Bộ Thủy lợi đã cho

khoan phụt thân đập trên chiều dai 270 m vì không có kinh phí để khoan phụt toàn

bộ.

Thing 10/1994 vẫn xuất hiện 3 vùng thắm mạnh:

+ Vùng I cách đập tràn 270 m ở cao trình từ 13 - 15 m trên chiều dài 100 m.

+ Vùng 2 và 3 ở chân đập chỉnh gin đập tràn xã lũ ở cao trình 14 - 15 m đã

xuất hiện trước đây vào năm 1984 nhưng khi đó cho rằng vùng thắm nay không cóliên quan đến nước hỗ nên không xử lý, nên nay vẫn bị thẩm Vị trí các vùng thắmđược trình bày ở hình 1.5.

= Nguyên nhân gây ra sự cổ.

Năm 1984 trong thời gian thi công đập chính sau khi đã chặn dòng phải dip

đập để vượt lũ, công trường đã dùng loại đất có nhiễu dim sạn ở gin đập để đắp

Bai đất này không nằm trong quy định của cơ quan thiết kế ma do Công ty TL6 hợp.đồng với Viện Nghiên cứu khoa học thủy lợi khảo sắt và thí nghiệm

Ngày 28/8/1984 Viện Khảo sát thiết kế thủy lợi đã cử cán bộ đến côngtrường để kiém tra tại hiện trường và phát hiện công trường đã đảng loại đất cónhiều sạn sôi và thắm mạnh để dip đập Viện đã yêu cầu công trường hot bỏ nhưng

vi mùa lũ sắp đến nên công trường hứa là sau lồ sẽ hót bỏ nhưng thực

hóc Viện Khảo sắt thiết kế thủy lợi cũng đã có văn bản số 39 - KSTK/ TCI ngày

không.

15/9/1984 báo cáo Bộ Thủy lợi Tuy vậy vẫn không có sự chỉ đạo cương quyết để

xử lý

Mat cắt đập để vượt lũ năm 1984 được thể hiện ở hình L4 Vị tri sự cổ các

công trình thủy lợi được thể hiện ở hình 1.5:

`

ý ViMtdekjdlaengtiakrk

Perera I-Bttragd ope da dế:

Lipide npesren gigs Pe lava eH tne Bo LS

‘angSlncesato ate vig bees am.

Hình 14 Mặt cắt ngang đập chính - Hình 1.5 Vite sự cổ các công Công trình đập Vực Tròn trình

thủy lợi - Công trình đập Vực.

Tròn1.3 Kết luận chương 1

Chương 1 đã trình bảy tổng quan vẻ điều kiện tự nhiên và các sự cổ xảy ra đồ

với đập đất khu vực Trung Trung Bộ Qua đó có thé nhận thấy rằng chế độ khí hậu

khắc nghiệt cùng với những ảnh hướng của các yêu tổ như mạng lưới sông subi, địahình, thảm phủ thực vật đã tạo nên chế độ thủy văn của khu vực Trung Trung Bộtương đối phúc tạp và nhiều biến động, sự cổ đập đất nói riêng của khu vực Trung

“Trung Bộ có thể xảy ra không lường trước được.

CHUONG 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHAP

“TÍNH BÀI TOÁN VO DAP2.1 Mục tiêu của việc tính bài toán vỡ

Myc tiêu chính của việc tính bài toán vỡ đập là để xác định lưu lượng lũ lụt

cũng như độ sâu và diện tích bị ảnh hưởng trong trường hợp xảy ra sự cố vỡ đập.'Bên cạnh đó, thời gian nước lũ tràn đến các khu vực nhất định đọc phía hạ lưu sông,mức nước tỗi đa tại bắt kỹ mặt cắt nào, lưu lượng xã tối da và vận tbe đồng chảy taibắt kỳ mặt cắt nào cũng như (khoảng) thời gian mà các khu vực này bi ngập chimcần được xác định Khi đã có ác thông tin này, người dân ống tại các khu vực lầncân sông nhận xa lĩ từ đập có thể được xác định và được thông báo trước hoặc được

so tén trước những hiểm họa hoặc thin tai có thể xảy ra do ảnh hưởng của nước lũ 2.2 Các phương pháp tính thường dàng khi tính toán bài toán thủy lực xây ra

+ Phương pháp mô hình tương tự điện

+ Phương pháp mô hình toán

~ Phương pháp mô hình vật lý mô t li các hiện tượng thuỷ văn trong phòngthí nghiệm nhưng với không gian hay tỷ lệ thu nhỏ so với thực tế Đây là phương

pháp khá hữu hiệu đã được ứng dụng nhiều để nghiên cứu thuỷ lực và dự báo diễn

biển lòng sông Để sử dụng được một mô hình vật lý, chúng ta phải đầu tư rất nhiều.thời gian, kinh phí và địa điểm xây dung Phương pháp này rt khô để thoa mãn cácđiều kiện tương tự, đặc biệt là điều kiện tương tự v8 bin cất nên sẽ có những sai lim giữa mô hình và nguyên hình

~ Phương pháp mô hình tương tự điện cũng cho bức tran thủy lực nhưng

trong một phạm vi hẹp hơn và thường là cho từng công trình cụ thể nhờ sự tương tự

giữa các phương trình mô tả dong điện, các phương trình mô tả dong chảy vả chủ.yếu sử dụng cho các bài toán thắm, Hai loại mô hình này it mm déo và khá tốn kém,

= Phương pháp mồ hình toán

Mo hình toán hiện nay được ứng dụng rong nhiễu ngành khoa học tự nhiền

ối chính xác và thờivới lợi ích mang lại là ứng dụng thuận tiện, cho kết quả tương

gian ứng dung nhanh, chỉ ph thấp

'Với các lợi thé và ưu điểm nỗi bật, việc sử dụng mô hình toán để nghiên cứu.

chế độ thiy lực của một dòng sông là hoàn toàn có thé thực hiện được Tuy nhiên,

để đạt được kết quả tốt, cũng có những yêu cầu nhất định cần phải đáp ứng, ngoàinhững yêu cầu về độ tin cậy của mô hình thi các số liệu phục vụ tinh toán cũng phải

đủ nhiều và có chất lượng tốt Một trong những điều kiện quan trọng khác có thểlàm nên sự thành công là khả năng của người sử dụng mô hình

Dé nghiên cứu mô phỏng quá tình lũ lũ do vỡ đập, mô bình toán thủy lực làmột công cụ hữu ich và ngày nay được ưa dùng Khi mô hình được xây dựng chomột hệ thống thì tại một thời điểm bắt kỹ và tại bất cứ đâu trên hệ thống cũng có thể

h xuất được quá trình lũ (mực nước và Iau lượng) Nếu kết hợp với mô hình 2

chiều ta có thé xây dựng được ban đỏ ngập lụt vùng hạ lưu, từ đó có thé đề xuất các

giải pháp phòng, chồng và giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây nên

Phương pháp nghiên cứu lũ do vỡ đập bằng phương pháp mô hình toán thủy

ve được mồ tả theo các bước sau:

ước 1: Tìm hiểu hệ thống và thủ thập các số liệu, tà liệu liên quan,

Bước 2: Lựa chọn loại mô hình toán phủ hợp phụ thuộc vio điều kiện tàiliệu, tình hình hiện tại và yêu cầu tính toán

Bước 3: Thiết lập mô hình toán cho khu vực nghiên cứu trên cơ sở nhữnghiểu biết về hệ thẳng và các số iệu tả iệu thu thập được

Bước 4: Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình với các số liệu lũ đo đạc,

Bước 5: Xây dựng và mô phỏng các kịch bản lũ có thé xảy ra dé có thể nhìn

nhận tổng quan hơn về chế độ thủy lực và diễn biến của lũ các trường hợp khácnhau,

2.2.2 Mj số mô hình có khả năng áp dung

Xô hình toán thay lực hiện có nhiều loại, từ những phiên bản miễn phí đến

các phiên bản thương mại Về mặt lý thuyết, hầu hết đã tương đối phát triển, được.công nhận và áp dung rộng rãi Hầu hết những mô hình này đã được xây dựng thành.các phần mềm máy tinh để tiện lợi tong việc sử dụng, tuy nhiên mỗi loại để có thiết

kế giao diện khác nhau nên dẫn đến sự đơn giản trong quá trình thiết lập cũng khác

nhau Có loại đễ sử dụng và cũng có loại khá phức tạp, một vin đề khác nữa cũng

phụ thuộc là thỏi quen và sự thành thạo của người sử dụng vào loại mô hình ứng, dụng

Có thể điểm qua một vải loại mô hình thay lực thông dụng, về cơ sở lý thuyết tỉnh năng kỹ thuật, khả năng vận hành và yêu cầu

2.2.2.1 Mo hình KOD

Do GS.TSKH Nguyễn An Niễn đề xuất, ra đi từ nim 1974 Mô hình đượclập ra để giải bài toán thuỷ lực nói chung và bài toán lũ nói riêng cho mạng lưới kênh sông.

Ưu điểm chính của mô hình KOD là có thé tinh cho mọi lưới sông 6 chứa

phức tạp nhất, độ chỉnh xác cao tinh toán đơn giản gọn nhẹ, kết quả đáp ứng tốt cácbai toán thực tế đặt ra

Nhược điểm chính của mô hình là buớc thời gian At bị hạn chế bởi điều kiện

‘Courant - Lewy, nhưng mô hình không phải tính lặp các hệ số nên tốc độ tinh toán.vẫn nhanh chống, không mit thời gian thành lập và giải hệ đại ố tuyển tính tổng

thời gian mỗi lớp tính cũng nhỏ.

mô phỏng hệ thống của KOD chưa thật đầy đủ ví dụ như quá.trình trao đổi nước trên khu vực Các công trình trao đổi nước cũng như phương.

Tuy nỈ

thức điều khiển chưa được xem xét đầy đủ nhất là thực trạng tiêu ing trong những.

điều kiện tác động của con người trong qué trình điều khiển hệ thống Đây chỉnh làhạn chế của mô hình.

2.2.2.2 Mô hình VRSAP

'VRSÁP là từ vi của Vietnam River Systerm and Plains do GS.TS Net

Nhu Khuê để xuất trên cơ sở cải tiễn mô hình KRSAL xây dựng từ năm 1978 Day

là mô hình toán dòng chảy lũ và thuỷ triéu trên hệ thông sông ngòi, hồ chứa và đồng

mộng được cải tin và phát tri trên sơ đồ sai phân dn của Dronker Hà Lan Mô

hình mô tả chuyển động dòng chảy trong sông thiên nhiên khá tốt (như hệ thống.sông Hồng và sông Thái Bình) Mô hình VRSAP được ứng dụng rộng ri, có hiệuquả cao, giải quyết được nhiều bài toán thông thường và một số bai toắn lớn riêngcủa đồng bằng sông Hồng cũng như đồng bằng sông Cửu Long (có bổ sung thêmphần xâm nhập mặn)

2.2.23 Mô hình WENDY

Do viện thuỷ lực Delf (nay là công ty Deltares) - Hà Lan xây đựng Là môhình thuỷ động lực học sử dụng sơ đồ sai phân ẩn, mô hình cho phép tính: Thuý lực.dng hở, phủ sa lơ lưng và xâm nhập mặn.

Tính toán thuỷ lực ding hở: Mô hình tính các đặc trưng thuỷ lực lòng dẫn

như lưu lượng, mực nước, độ sâu dòng chảy, vận tốc trung bình mặt cất, hệ

Chezy Mô hình sử dụng thuận tiện, truy nhập số liệu đễ dàng, cho phép thay di

mạng sông, các công rình (huỷ lực trên mạng Tuy nhiên mô hình chỉ quản lý mạngsông nhỏ hơn 400 mặt cắt và còn hạn chế khâu tính lượng mưa gia nhập vào dòngchảy, chưa xét đến sự điều tiết của các ô đồng ruộng như mô hình VRSAP,SOGREAH.

3.3.2.4 Mô hình HEC - RAS

HEC-RAS là một hệ thống mô hình thủy lực 1 chiều do Trung tâm kỹ thuậtThuy văn - Thuộc quân đội Hoa Ky (the Hydrologic Engineering Center) xây dựng

và phát triển thành chương trình máy tính HEC - RAS là phn mềm miễn phí được.cung cắp trên mang internet, hiện được sử dụng nhiều nơi trên thể giới Phin mềmHEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System) là kết quả

HEC-2 cả về kỹ thuật thuỷ lực và kỹ thuật lập trình Phiên bản1.0 được công bổ năm 1995 và đến nay đã qua nhiều lần ải tiến và phát tiễn quanâng cấp phần

nhiều phiên bản

Phan mềm HEC-RAS được thi kế để phục vụ cho nhu cầu làm việc trong

môi trường sử dụng đa mục tiêu Hệ thống bao gồm giao diện đồ hoạ, các thành.

phần phân tích thu lực tách bi phần lưu rữ dữ liệu và các ning lực quản íhoạ và các tính năng thực hiện báo cáo.

Vé cơ bản, hệ thống được cầu thành từ 3 thành phần phân tích thuỷ lực một

chiều

(1) Tinh toán mực nước mặt cắt dọc sông cho đồng én định

(2) Mô phỏng dòng không ôn định.

(3) Tính toán biến động của vận chuyển bản cát

Điểm mẫu chốt là cả 3 thành phần này sẽ sử dụng chung một bộ số liệu vềđịa hình,

thuỷ lực, hệ thống còn có tính năng tn toán thiết kế thuỷ lục, những tính năng này

ình thái sông và các ham tinh thuỷ lực, Để bổ sung vào 3 thành phần tính

sẽ được gọi đến mỗi khi tinh toán mực nước mặt cất dọc sông được thực hiện

Mô hình HEC-RAS có khả năng thực hiện tính toán một chiều mực nước dọcsông cho ding thay đổi đều, én định trong sông hoặc hệ thống kênh mương Mực

nước dọc sông ding chảy êm, dong chảy xiết, và chế độ dòng chảy hỗn hợp có thể

được tính toán.

2.2.2.5, Mô hình SOBEK

SOBBK là một gối tổng hợp các phần mềm sử dụng trong inh vục phát tiễn và

iên huỷ lực Deft Hà Lan (Delft

Hydraulic Institute) SOBEK có 7 module và việc kết hợp các module này với nhau

tạo ra bà sản phẩm cơ bản của SOBEK đó là: SOBEK RURAL, SOBEK URBAN và SOBEK-RIVER,

quản lý nguồn nước SOBEK được phát tiển bởi

“Trong dong sản phẩm SOBEK RURAL, module thuỷ lực đã được tích hop

mô hình | chiều và 2 chiều với nhau được gọi là SOBEK - Overland Flow Mô hình.

này tính toán thuỷ lực của vùng ngập lũ (Độ sâu dòng chảy, van téc ) Mô hình có.thể ứng dung trong hầu hết các nghiên cứu về quân lý và phát iễn nguồn nước

~ Quy hoạch phòng chống lũ

~ Phân tích vỡ đập.

- Quan lý thiên tí

~ Quy hoạch tái định cư.

- Phân tích thiệt hại do lũ

~ Phân tích rủi ro.

- Quy hoạch cơ sở hạ ting, phát tiễn nông thôn SOBEK được thiết kế

tích hợp với giao điện GIS Kết quả tính toán được xuất ra ngay dưới dạng bản đồngập lụt hoặc phân bổ trường vin tốc

SOBEK đã được ứng dụng trong các nghiên cửu thuộc các lưu vực sông ở Hà

Lan, Bangladet, Australia và mới đây (năm 2003) SOBEK đã được áp dụng cho

hai lưu vực sông Trà Bỏng và Trà Khúc (Tinh Quảng Ngãi cho kết quả được đánh

giá rắtcao

2.2.26 Mé hình thủy lực của SOGREAH:

Mô hint lũ đồng bằng Sông Cửu Long do các chuyên gia thủy lực hang

SOGREAH - Pháp lập năm 1967 theo đơn đặt hàng của UNESCO Mô hình nghiên.

cứu sự truyễn lũ trên châu thổ sông Mê Kông và cung cấp thông tin về điều kiện

thủy văn và địa hình Mô hình đề

phương pháp số Dang chảy lĩ biển thiên theo không gian và thời gian (không gian

hai chiều).

p đến cả hai mặt ý nghĩa vật lý và tính toán theo

Hệ phương trình truyền sống lũ được viết trơng tự như phương trình tray’triều với thành phần cản tuân theo định luật Strieler, cùng với các giả thiết giàn hóakhi sinh toán hit lip hệ phương trình liên tục cho một 6 và phương trình động lựcdong chảy Mô hình SOGREAH thế lập trên cơ sở hệ phương tình Saim-Venant

viết cho đồng một chiều không ổn định trong kênh hở Do hạn chế của máy tính

thời đồ nên sơ đồ tính của mô hình ắt đơn gin

Thuỷ lục Dan Mạch) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm tr lại đây, đượcứng dụng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở các cửaxông, cân bằng nước lưu vực, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nướckhác

Bộ mô bình MIKE là một trong những mô hình tiến tiên nhất thé giới hiệnnay, được sử dụng trong hầu hết các trường đại học, viện nghiên cứu và các đơn vị

tư vấn ở tong và ngoài nước với các lợi thé

= Có cơ sở toán học chat chế, chạy ôn định, thời gia tinh toán nhanh.

Có giao điện than thiện, dễ sử dụng, có khả năng tích hợp với một số phiinmềm chuyên dụng khác.

Bộ mô hình MIKE bao gồm nhiều mô dun đảm nhận các công việc khácnhau như: MIKE 11 tính toán thủy lực mạng sông một chi

tính thủy lực

Ất và vận chuyển bản edt; MIKE 21 tinh toán thủy lục hai chiều, MIKE FLOOD

¡giữa hai mô hình một và hai chiều để tinh toán và xây dựng bản đỗ tngập lụt,

và các tiểu mô đun về

mô dun tính dong chảy từ mưa, tiêu mô đun cho tinh lan truyền

Hiện nay, mô hình toán cũng có nhiều loại nhưng nhận thấy rằng bộ công cụ

mô thuật như: Mô nh MIKE của DHI có kha năng đáp ứng được các yêu cầu

phỏng riêng lẻ từng loại mô hinh (I chiều, 2 chiều) và có khả năng ghép nỗi các mô

hình với nhau để tạo thành một hệ thông hoàn chỉnh hơn Do đó, tác giả quyết định.lựa chọn bộ công cu mô hình họ MIKE để tính toán, bao gồm:

+ MIKE 11 để tính toán quá trình lan truyền lũ trong sông dang 1 chiều.+ MIKE 21 để mô phỏng chỉ tit hơn (2 chiễu theo phương ngang) các đoạn

sông cần quan tâm nghiên cứu và mô phỏng phần bãi lũ, 6 tring.

+ MIKE FLOOD: là mô hình được sử dụng để kết nỗi mô hình thuỷ lực 1

chiều và mô hình thuỷ lực 2 chiều

3.3.3.1 Giải thiệu về mô hình MIKE 11

Mike 11 là mô hình động lực, một chiều nhằm phân tích chỉ tiết, thiết kế,

quản lý và vận bình cho sông và hệ thống kênh dẫn don giản và phức tạp Với môi

trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, Mike 1 cung cắp

một môi trường thiết kế hữu hiệu về ky thuật công trình, tải nguyễn nước, quản lý

chất lượng nước va các ứng dụng khác

Mô-dun thủy động lục (HD) là một phin trọng tâm của g6i các ứng dụng củaMike 11 Trọn gói các ứng dụng của nó bao gồm dự báo lũ, tải khuyếch tán, chấtMượng nước và các mô-lun vận chuyển bin cát có và không có cổ kết Mô-lun Mike 11HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tinh liên

te vi động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint-Venant

4 Cơ sở lý thuyết

Hg phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint - Venant

viết ra dưới dang thực hành cho bài toán một chiều không gian, tức quy luật biến của độ cao mặt nước và lưu lượng dòng chảy đọc theo chiều dai dòng sông kênh và theo thời xác địnhối với hệ phương trình Saint - Venant, ta chỉ cảmột vài thông số thực nghiệm là nó sẽ biểu đạt đúng đắn hiện tượng, đáp số bằng

cách mô phỏng những quá trình dong chảy đã xảy ra và dự báo diễn biến trong.

tương la theo các biện pháp cải tạo với độ tin cay cao.

~ Các giả thiết cơ bản:

Mô hình Mike 11 HD dựa trên gia thiết về dòng chảy một chiều trong sông:+ Nước là chất long không nén được và đồng nhất (bo qua sự biển đổi trọnglượng riêng).

+ Độ đốc đầy nhỏ (để cos coi bằng 1)

+ Sóng lũ là sóng dai để đảm bảo dong chảy luôn luôn song song với đáy(đức là bộ qua thành phin đồng chảy thẳng đứng)

+ Dòng là êm (trong một số trường hợp đặc biệt, dòng chảy xiết cũng được

mô phỏng trong Mike 11).

~ Hệ phương trình cơ ban

Hệ phương trình cơ bản bao gồm phương trình liên tục và phương tình động

t: Thời gian tính toán,

Q; Lưu lượng đồng chảy qua mặt cắt (ms),x: Không gian (dọc theo ding chảy) (m),

n: Hệ số nhám,R: Bán kính thủy lực (m),

Mike 11 là chương trình thủy lực trên mạng sông, kênh có thể áp dụng với

chế độ sóng động lực hoàn toàn cấp cao Trong chế độ này, Mike 11 có khả năng

tính toán với đòng chảy nhanh, lưu lượng thủy triều, hiệu quả nước đọng thay doinhanh, sống lũ lòng din dốc Trong Mike 11, các phương tình trong hệ Saint -

Venant được giải bằng cách dùng lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn là Abbott

-Inoneseu Trong lược đồ này, các cấp mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánhsông được tính trong một hệ thống các điểm lưới xen kẽ nhau:

© h(mựe nước)

© Q(m lượng) By

Tình 2.2 Các điểm nút tính toán trong mô hình Mike 11

Ngoài ra, Mike 11 còn có thể giải quyết được bài toán mạng sông có nhiều nhánh và nút tính toán.

Dé có thể gi chính xác và ổn định cho phương trình sai phần hữu hạn cần

có các điều kiện sau

+ Số liệu địa hình phải tốt, giá trị cho phép tối đa với Ax lựa chọn trên cơ sở

này

+ Bước thời gian cần thiết cho một phương trình sóng, vi dụ như khoảng thời

*u là 30 phút ean t5 da cho mô phỏng thủy t

+ Điều kiện Courant được dùng để lựa chọn bước thời gian sao cho thỏa mãn.đồng thời các điều kiện trêm

thống sông Các module trong bộ Mike 11

«Module HD - Thủy động lực học Phần cốt lõi của Mike 11, cổ khả năng:

+ Giải bi todn thủy động lực học Saint - Venant cho kênh hở

+ Giải bài toán sóng khuyếch tản, sóng động học cho sông, kênh

+ Giải bi toán Muskingum cho sông, kênh

+ Tự động hiệu chỉnh cho điều kiện ding chảy êm, dòng chảy xiết.

++ Mô phòng hi hét cúc loại công tình trên sông,

~ Module Mike 11 = AD: Mô phòng các hiện tượng phân tin, khuyếch tin và

đối lưu trong sông.

= Module Mike 11 ~ WỢ: Giải quyết che vẫn đề về chất lượng nước khácnhau như DO, BOD, chu tình N, P, phú đưỡng kim loại nặng vi khuẩn coliform,nhiễm mặn, chất dip lục.

«Module Mike 11 - ST: Nghiên cửu truyền tải bùn cất trong sông bao gồm cảvân chuyển bản cát có và không có cổ kết

e Khả năng ứng dụng của mổ hình:

Mô hình Mike 11 với các module HD (hủy động lục), AD (tai khuyếch án),

WO (chất lượng nước), EU (phú dưỡng) ST (tuyễn tải bùn cáu có khả năng ứngdụng rộng rãi, giải quyết được hẳu hết các bai toán một chiều (1D) trong sông

+ Các công trình được mô phông trong Mike 11

+ Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ

+ Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước bề mặt

+ Thiết kế các hệ thống kênh dẫn

+ Nghiên cứu sóng triều và ding nước do mưa ở sông và cửa sông.

4 Các dữ liệu đâu vào và đâu ra của m hình:

ác dữ liệu đầu vào của mỏ hi

+ Biên trên fi quả trình lưu lượng thực do của các trạm (Q ~ )

+ Biên đưới là qué tinh mực nước thục do của các trạm (H ~ Ù,

+ Biên kiểm tra là quả trình lơu lượng hoặc mực nước thực đo của các trạm

trong hệ thống

++ Thành phần hạt bùn cát, kết cấu thành phần hạt (đính hay khOntg dính)

- Các dữ liệu đầu ra của mô hình:

+ Quả trình lưu lượng, mực nước tại vị trí cằn tính toán.

+ Hình dang lòng dẫn

2.2.3.2 Giới hiệu mổ hình MIKE 2

1g phương tình cơ bản sử dụng trong mồ hình MIKE 21 bao gém 1 phươngtrình liên tục và 2 phương trình chuyển động:

Phương trình liên tục 28 ,& ên ,ất

(x.y): Hệ số Chery (ms),

#: Gia tốc trọng trường (m/s),70): Hệ số sức can của gió, V,V,,V, Cn 9st): Vận tốc của gió theo phương x, y,

(3,9): Hệ số Corot,

p,(x, y2): Ap suất khí quyền (kg/m/s”),

j,: Khối lượng riêng của nước,+„.z„„r„: Thành phần ma sắt bên.

ĐỂ giải hệ phương tình tên người ta đã sử dụng phương pháp ADI (Alternating Direction Implicit) để sai phân hoá theo lưới không gian - thời gian Hệphương trình theo từng phương và tai mỗi điểm trong lưới được giải theo phươngpháp Double Sweep (DS)

2.2.3.3 Giới thiệu mô hình MIKE FLOOD

Mac dầu mô hình MIKE 11 và MIKE 21 có những ưu điểm vượt trội trong việc mô phòng dong chảy một chiều rong mang lưới sông phức tạp (MIKE 11) và

có thể mô phỏng bức tranh hai chiều của dong chảy tràn trên bé mat đồng ruộng.

(MIKE 21), tuy nhiên nếu xết riêng rẻ chúng vẫn còn một số hạn chế trong việc mô

phông ngập It DSi với MIKE 11, sẽ rắt khó khăn dé mô phỏng dng chảy trần nkhông biết trước một số khu chứa và hướng chảy, không mô tả được trường vận tốc trên mặt ruộng hoặc khu chứa, còn trong MIKE 21, nêu muỗn vừa tính toắn dong

trần trên bé mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu ding chay chủ lưu trong các kênh đẫn

thì cần phải thu nhỏ bước lưới đến mức có thể thể hiện được sự thay đổi của địa

hình trong ling dẫn mà hệ qua của nó là thỏi gian tính toán tăng lên theo cấp số

nhân.

Để kết hợp các wu điểm của cả mô hình một vả hai chiều đồng thời khắc

sr nổi 2 mô hình phục được các nhược điểm của chúng, MIKE FLOOD cho phép

MIKE 11 và MIKE 21 trong quá trình tinh toán, tăng bước lưới của mô hình (nghĩa.

là giảm thời gia tính toán) nhưng vẫn mô phòng được cả đồng chảy trong lòng dẫn

vi trên mặt ruộng hoặc 6 chứa.

Trong MIKE FLOOD có 4 loại sau đây giữa mô hình 1 và 2 chiều:

= Kết nối tiêu chuẩn: Trong kết nối này, thì một hoặc nhiều 6 lưới của MIKE

21 sẽ được liên kết với một đầu của phân đoạn sông trong MIKE 11 Loại kết nỗi

này rat thuận tiện cho việc nỗi một lưới chỉ tiết của MIKE21 với một hệ thông mạng.lưới sông lớn hơn trong MIKE 11, hoặc nỗ các công trình ong mô hình MIKE 21

~ Kết nối bên: Kết nối bên cho phép một chuỗi các 6 lưới trong MIKE 21 có

th n kết vào bai bên của một đoạn sông, một mit cắt trong đoạn sông hoặc toàn

bộ một nhánh sông trong MIKE 11 Dòng chảy chảy qua kết nối bên được tính toán.

bằng cách sử dụng các phương trình của các công trình hoặc các bằng quan hệ Q-H,Loại kết nội này đặc biệt hữu ích trong việ tính toán dng chảy trần từ trong kênhdẫn ra khu ruộng hoặc bãi, nơi mà dòng chảy trin qua bờ để bỗi sẽ được tính bingcông thức đập trim định rộng,

~ Kết nối công tình ấn) Kết nỗi công tình là nét mới đầu tiền trong một loạt

các củi tiến dự định trong MIKE FLOOD Kết nỗi công trình lấy thành phần đồngchảy từ một công tình trong MIKE 11 và đưa chúng trực tiếp vào trong phương

trình động lượng của MIKE 21, Qué trình này là ấn hoản toản vả vi thé không ảnh.

hưởng đến các bước thời gian trong MIKE 21

~ Kết nỗi khô (zero flow link); Một 6 lưới MIKE 21 được gán là kết nỗi khô.theo chiều x sẽ không có đồng chảy chảy qua phía bên phải của ô lưới đó Tương tự,

một kết nổi khô theo chiều y sẽ không có dòng chảy chảy qua phía trên của nó Cae

Kết nỗi khô này được phát tiễn để bổ sung cho các kết nối bền, DE chắc chin rằng dng chảy trăn trong MIKE 21 không cắt ngang từ bờ này sang bY kia của sông màkhông iên kết với MIKE 11, các kế

trong MIKE 21 Một cách khác dé sử dụng kết nổi khô là gan cho các 6 lưới là

i khô này được đưa vào

cao, mà tủy thuộc vào độ phân giải của lưới tính có thé chưa mô tả được KẾt nỗi

khô cũng được sử dụng để mô ta các dải phân cách hep trong động ruộng vỉ dụ như

đê bối, đường, va khi đó thay vì sử dụng một chuỗi các 6 lưới được định nghĩa làđất cao thì nên sit dụng chuỗi các kết nối khô

Sử dụng các kết nổi trên đầy ta cổ thể dễ dàng liên kết hai mạng lưới tinhtrong mô hình một chiều và hai chiều với nhau Khi chạy mô hình, để couplingchúng, MIKE FLOOD cung cấp 3 kiễu coupling sau diy ty thuộc vio mục đích sử

dụng mô hình:

= Coupling động lực: các kết nổi sẽ chỉ chuyển các thông tin và thủy động

Ie (cin thiết cho các tinh toán trong MIKE 11 và MIKE 21)

~ Coupling truyền tai chat: các kết nồi chỉ truyền các thông tin liên quan đếncác quá trình vận tải và khuyếch tan (cin thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và

vỡ đập, bao ebm:

+MIKE 11 để tính toán quá trình lan truyền lũ rong sông dang I chiu.+ MIKE 21 để mô phỏng chỉ tiết hơn (2 chiều theo phương ngang) các đoạnsông cần quan tâm nghiên cứu và mô phỏng phần bãi lũ, 6 tring

+ MIKE FLOOD: là mô hình được sử dụng để kết nỗi mô hình thuỷ lực 1chiều và mô hình thu lực 2 chiều

CHƯƠNG 3 VẬN DUNG KET QUA NGHIÊN CỨU GIẢI QUYET

BÀI TOÁN VO BAP VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG AN UNG PHO CHO KHU

VỰC HẠ DU HO DONG NGHỆ KHI XÂY RA VO DAP

Hỗ chứa nước Đồng Nghệ được xây dựng từ năm 1991 đến năm 1995 thi

‘dua vào khai thác sử dụng Hồ được xây dựng trên sông Đồng Nghệ nhánh cấp 1

nằm bên phải của sông Luông Đông và la nhánh cấp II của sông Túy Loan Hỗ có

diện tích lưu vục F,= 28,Skm”, dung tích 17,17 triệu m’, làm nhiệm vụ cấp nước

tưới cho 1500 ha đất canh tác thuộc các xã Hỏa Khương, Hòa Phong, Hỏa Phú,

huyện Hòa Vang, thành phố Đà Ning

Vị trí công trình

Cong trình đầu mối hồ chứa nước Đồng Nghệ thuộc địa phận xã HỏaKhương, huyện Héa Vang, thành phố Ba Nẵng có tọa đô địa lý nằm trong khoảng

(15°59'00°%: 16°03"00") vĩ độ Bắc va (108"02'00°+ 108°0600°) kinh độ Đông

Khu tưới thuộc địa phận các xã Hòa Khương, Hòa Phong, Hỏa Phú thuộc

huyện Hòa Vang.

3.1.2 Các thông số ÿ thuật chỉnh cia hỗ chứa mước Đồng Nghệ

* Hỗ chứa

Bang 3.1 Các thông số chính của hồ Ding Nghệ

SIT Chỉ iu Kyhigu | Donvi | Trisd

1 _ | Diện tích lưu vực (đến vj trí tuyến đập) F Km’ 285

2 | Lượng chênh lệch bốc hơi mặt nước TBNN | AZ, | mm SI76

3 | Lưu lượng trung bình nhiều năm Q@ | mis | 131

| Lượng đồng chảy trung bình nhiều năm, W | lim 4147

Lưu lượng dòng chảy năm ứng với P=85% Q85% | ms | 0855

6 | Tổng lượng đồng chảy năm ứng vớiP-85% | W85% lỨm" 2703

7 | Lưu lượng lũthiết kế P=1% QI% mÙ - 8689

8 | Lưu lượng li kiém tra P =0.2% Q02% | mỳ | 13121

10 | Mực nước ding bình thường MNDBT m 333

11 | Mực nước chết MNC | om | 208

12 | Mực nước dng gia cường MNDGC m 356

13 | Dung tích toán bội Vib) 10'm 1A7

14 | Dung ích chết Ve | i'm | 13

~ Bé rộng đỉnh đập:

* Tran xả lữ

= Lưu lượng xã kiểm ra (P=0,2%9)

Doan ngưỡng trăn tự do mặt cất thực dụng:

- Chiề tông đầu máng bên:

= Chiều rộng cuỗi máng bên

333m 70m 2,58 m.

7535 m 303m 165m

30m

13%

0%

30m 30m 6%

236m

3.2 Pham vi nghiên cứu.

Pham vi nghiên cứu là toàn bộ hạ lưu hỗ Bong Nghệ thuộc lưu vực sông TayLoan Tuy nhiên, do là một chỉ lưu của lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn nên chế đội

thủy văn - thủy lực có sự ảnh hưởng và chỉ phối rất lớn của lưu vực sông lớn này.

Do đồ, trong tính toán và nghiên cứu, cần thiết phải tiến hành mô phỏng cho toàn bộ

hệ thông sông Vu Gia - Thu Bồn Tắt nhiên, khu vực nghign cửu chỉ tết và trọngtâm là hạ lưu sông Túy Loan thuộc thành phố Đà Nẵng

3.3 Tải iệu ea bản khu vực nghiên cứu

3.3.1 Mang lưới sông ngôi

Sông Vu Gia - Thu Bồn bắt nguồn từ vùng núi cao thuộc suờn phía Đông củaday Trường Sơn, độ dai của sông ngắn và độ dốc lòng sông lin Ở vùng thượng lưu

Phinlong sông hẹp, bờ sông đốc đứng, có nhiều ghénh thác độ tốn khúc từ 1 +

giáp ranh giữa trung lưu vả hạ lưu , lòng sông tương đối rộng và nông „ có nhiều cồn.

bãi giữa dòng VỀ phía hạ lưu ng sông thường thay đổi , bờ sông thấp nôn vào mia

Sông Vu Gia - Thu Bồn gồm 2 nhánh chính

lũ hàng năm thường gây ngập lụt

= Sing Vu Gia

Sông Vu Gia hợp thành bởi hiễu nhánh sng ding kẻ là các sông Dak Mi

(sông Cái), sông Bung, sông A Vương, sông Con Sông Vu Gia có chiều dai đến cửa

ra tại Da Nẵng là 204 km, đến Cảm Lệ : 189 km, đến Ái Nghĩa : 166 km, Diệntích

ưu vực đến Ái Nghĩa là 5.180 kmẺ

* Sông Cái (Đắk Mi): bắt nguồn tử đình múi cao tin 2000 m (Ngọc Linh)

dài 129 km với điện tích lưu vực 1.900 km, có thuộc tinh Kon Tum Sông có cl

hướng chảy Bắc Nam, nhập vào sông Bung tại Trrng Hiệp

+ Sông Bung : Bắt nguồn từ diy nie a0 ở phia Tây Bắc , chảy theo hướngTây Đông, với chiều dài 131 km với diện tích lưu vực _ 2.530 km’, Sông Bung có

tích Fy, = 898 km’, dài 84

* Sông Con: bắt nguồn từ ving nú i cao của huyện Đông Giang , diện tích lưu

chiều đãi 47 km, với hướng chấy chính Bắc Nam