Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng mô hình thủy lực Telemac 2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng Đồng bằng Sông Cửu Long

LÊ ĐĂNG TÚ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC TELEMAC 2D NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐÊ BAO PHÂN VÙNG LÊN CHẾ ĐỘ THỦY LỰC TRONG VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã s

LÊ ĐĂNG TÚ

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC TELEMAC 2D NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG ĐÊ BAO PHÂN VÙNG LÊN CHẾ ĐỘ THỦY

LỰC TRONG VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã số: 60 58 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thống

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Châu Nguyễn Xuân Quang

4 TS Trương Ngọc Tường 5 TS Hồ Tuấn Đức

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa

GVC.TS Lê Đình Hồng GVC.TS Nguyễn Minh Tâm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lê Đăng Tú MSHV: 13200122

Ngày tháng năm sinh: 29/11/1988 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã số: 60 58 40 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC 2D nghiên cứu tác động đê

bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Vận dụng mô hình toán số Telemac 2D đánh giá sự

thay đổi chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long dưới tác động hệ thống

đê bao phân vùng và tác động nước biển dâng do biến đổi khí hâu III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/08/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/05/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thống

Tp.HCM, ngày 08 tháng 05 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GVC.TS Nguyễn Minh Tâm

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ khoa học: “Ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC – 2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long” hoàn thành tại Bộ môn Tài Nguyên Nước Khoa Xây Dựng thuộc trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG – TpHCM vào tháng 05 năm 2015 Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và đồng nghiệp

Trước hết, tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Nguyễn Thống là người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả cũng chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tài Nguyên Nước và các đồng nghiệp tại Viện Quy Hoạch Thủy Lợi miền Nam đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập các tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành

Trong khuôn khổ của luận văn, do thời gian nghiên cứu có hạn, trình độ năng lực chuyên môn trong công tác nghiên cứu còn bị hạn chế nên không tránh được những thiếu sót về lý luận cũng như kết quả chưa thật sự phù hợp với thực tế Tác giả rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng gớp của quý thầy cô và độc giả

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015

Tác giả luận văn

Lê Đăng Tú

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tiếng Việt

Nội dung luận văn giới thiệu kết quả bước đầu của việc nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực Telemac-2D để đánh giá tác động đê bao, tác động nước biển dâng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra được diễn biến và xu thế sự thay đổi thủy động lực trên sông Tiền và sông Hậu trong vùng đồng bằng Sông Cửu Long trong điều kiện có đê bao, vỡ đê và nước biển dâng cao Quá trình nghiên cứu cũng cho thấy được Telemac-2D là một công cụ mạnh, có khả năng giải quyết những bài toán lớn với độ chính xác cao Telemac-2D không chỉ ứng dụng trong lĩnh vực thủy lực mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như tài nguyên nước, môi trường, biến đổi khí hậu

Từ khóa: Telemac-2D, Đê bao kín, Vỡ đê, Sông Hậu và Sông Tiền, Đồng bằng

Sông Cửu Long

Tiếng Anh

Thesis introduces preliminary results of the research and application 2D modelling system in order to assess the impact of dikes, impacts of sea level rise in order hydraulic mode in the Mekong Delta The research results have made progress and trend changes in hydrodynamic on Tien and Hau river in the Mekong Delta in conditions of the closed dike, dike break and rise sea levels The research also showed that Telemac-2D is a good software, can solve large problems with high accuracy Telemac-2D can apply not only in the field of hydraulics but also in many others such as water resources, environment and climate change

Telemac-Key words: Telemac-2D, Closed dike, Dike break, Tien – Hau river, MeKong

Delta

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Họ tên: Lê Đăng Tú MSHV: 13200122 Khóa: 2013

Ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Hiện tôi là học viên cao học của lớp Xây Dựng Công Trình Thủy khóa 2013, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Tôi xin cam đoan

trước nhà trường kết quả luận văn cao học với đề tài “Ứng dụng mô hình Telemac2D

nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long” là hoàn toàn do chính tôi nghiên cứu thực hiện với sự hướng dẫn của

PGS TS Nguyễn thống Tôi không sao chép hay copy nội dung luận văn của bất kỳ ai trên bất kỳ phương diện cũng như kênh thông tin nào Tôi sẽ chịu mọi trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình Nếu như có bất kỳ phát hiện nào liên quan đến gian lận bản quyền, sao chép thông tin từ các công trình nghiên cứu của các tác giả khác, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường và chịu mọi sự kỷ luật theo quy định

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Lê Đăng Tú

1.2PHẠM VI NGHIÊN CỨU 14

1.3PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 15

1.4MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 16

1.5CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 19

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 19

2.1Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên 19

2.1.1Đặc điểm khí hậu 20

2.1.2Mạng lưới sông ngòi, kênh rạch 21

2.1.3ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN 22

2.22.2.1Chế độ dòng chảy 22

2.2.2Đặc điểm lũ lụt 22

2.2.3Đặc điểm thủy triều ở ĐBSCL 24

NHỮNG NÉT CHÍNH CỦA CHẾ ĐỘ LŨ, LỤT TẠI ĐBSCL 24

2.3HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐÊ BAO KIỂM SOÁT LŨ Ở ĐBSCL 27

2.4CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH 30

GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH THỦY LỰC 30

3.13.1.1Các mô hình thủy lực phổ biến hiện nay 30

3.1.2Nhận xét 33

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TELEMAC 2D 34

3.23.2.1Giới thiệu mô hình TELEMAC 34

3.2.2Cơ sở lý thuyết của mô hình Telemac – 2D 35

PHƯƠNG TRÌNH DÒNG CHẢY MẶT HAI CHIỀU ỨNG DỤNG 3.3TRONG MÔ HÌNH TELEMAC – 2D 37

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH CỦA MÔ HÌNH 39

CÁC DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 39

4.1XÂY DỰNG MIỀN TÍNH CỦA MÔ HÌNH 39

4.24.2.1Mô tả lưới tính toán 39

4.2.2Điều kiện biên 42

4.2.3Địa hình 43

KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH CỦA MÔ HÌNH 43

4.34.3.1Về mực nước 44

4.3.2Về lưu lượng 45

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA MÔ HÌNH 46

4.4CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN CỦA MÔ HÌNH 48

CÁC KỊCH BẢN CỦA MÔ HÌNH 48

5.1KỊCH BẢN VỠ ĐÊ: 48

5.25.2.1Xây dựng mô hình cho kịch bản vỡ đê (KB2): 49

5.2.2Kết quả mô phỏng cho kịch bản vỡ đê (KB2) 51

5.2.3Kết luận kết quả mô phỏng cho kịch bản vỡ đê (KB2) 56

KỊCH BẢN NƯỚC BIỂN DÂNG 57

5.35.3.1Xây dựng mô hình tính cho kịch bản nước biển dâng 57

5.3.2Kết quả mô phỏng cho kịch bản nước biển dâng 58

CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

CĐ: Châu Đốc CPC: Campuchia CT: Cần Thơ ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

DEM: Digital Elevation Model (Mô hình số độ cao) ĐTM: Đồng Tháp Mười

KB: Kịch bản MT: Mỹ Thuận Q (m3/s): Lưu lượng TC: Tân Châu TGLX: Tứ giác Long Xuyên

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Phạm vi vùng nghiên cứu 15

Hình 2.1: Hiện trạng đê bao kiểm soát lũ ở đồng bằng sông Cửu Long 27

Hình 4.1: Sơ đồ lưới tính toán mô phỏng cho miền tính 40

Hình 4.3: Mực nước tại trạm Cần Thơ giữa mô phỏng và thực đo vào tháng 10/2013 44

Hình 4.4: Mực nước tại trạm Mỹ Thuận giữa mô phỏng và thực đo vào tháng 10/2013 44

Hình 4.5: Lưu lượng tại trạm Cần Thơ giữa mô phỏng và thực đo vào tháng 10/2013 45

Hình 4.6: Lưu lượng tại trạm Mỹ Thuận giữa mô phỏng và thực đo vào tháng 10/2013 45

Hình 5.1: Vi trí vỡ đê ngoài thực địa 49

Hình 5.2: Vi trí vỡ đê trong mô hình tính 51

Hình 5.3: So sánh mực nước giữa KB2 và KB1 tại vị trí Cần Thơ thượng lưu 52

Hình 5.4: So sánh mực nước giữa KB2 và KB1 tại trạm Cần Thơ 52

Hình 5.5: So sánh mực nước giữa KB2 và KB1 tại trạm Mỹ Thuận 53

Hình 5.6: So sánh lưu lượng giữa KB2 và KB1 tại mặt cắt Cần Thơ thượng lưu 54Hình 5.7: Mô phỏng chênh lệch Q theo thời gian giữa KB2 và KB1 tại trạm Cần Thơ 55

Hình 5.8: Mô phỏng chênh lệch Q theo thời gian giữa KB2 và KB1 tại trạm Mỹ Thuận 55

Hình 5.9: So sánh mực nước giữa KB3,KB4 và KB1 tại điểm biên A 59

Hình 5.10: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại điểm biên B 59

Hình 5.11: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại điểm biên C 60

Hình 5.12: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Tân Châu 61

Hình 5.14: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Mỹ Thuận 62

Hình 5.15: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Cần Thơ 62

Hình 5.16: So sánh lưu lượng giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Cần Thơ 64

Hình 5.17: So sánh lưu lượng giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Mỹ Thuận 64

Hình 5.18: So sánh lưu lượng giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Tân Châu 65

Hình 5.19: So sánh lưu lượng giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm Châu Đốc 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả kiểm đinh mực nước 46

Bảng 4.2 Kết quả kiểm đinh lưu lượng 46

Bảng 5.1: Các kịch bản của mô hình 48

Bảng 5.2: So sánh mực nước giữa KB1 và KB2 53

Bảng 5.3: So sánh lưu lượng giữa KB1 và KB2 56

Bảng 5.4: So sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại các điểm biên miền tính 60

Bảng 5.5: Tổng hợp kết quả so sánh mực nước giữa KB3, KB4 và KB1 tại các trạm 63

Bảng 5.6: Tổng hợp so sánh lưu lượng giữa KB3, KB4 và KB1 tại trạm thủy văn 66

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là khu vực địa lý chứng kiến và hưởng thụ hệ quả các quá trình giải phóng toàn bộ năng lượng và khối lượng vật chất còn lại của sông MeKong trước khi nó tan biến vào biển để khép kín vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên Hàng năm ĐBSCL gánh chịu lượng nước khoảng 520 tỷ m3 tập trung vào một số tháng mùa mưa, do vậy lũ lụt trong mùa mưa và xâm nhập mặn trong mùa khô là các hiện tượng không tách rời của ĐBSCL Hiện nay con người vẫn chưa có giải pháp để hóa giải tính bất đối xứng mùa gay gắt của nguồn nước và vật chất của sông MeKong đem đến cho ĐBSCL

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cùng với các hoạt động của con người trên lưu vực (nhất là các hoạt động phát triển hạ tầng thiếu khoa học, khai thác quá sức chịu đựng, phá hỏng cân bằng sinh thái ) đang gia tăng sự bất đối xứng này, do đó lũ lụt do sông Mekong gây ra tại ĐBSCL ngày càng khốc liệt và phức tạp thêm Tại vùng ngập lụt vùng ĐBSCL hệ thống đê bao, bờ bao ngăn lũ đã được xây dựng, đang tiếp tục bổ sung và sẽ tiếp tục hoàn thiện trong vài năm tới nhằm thực hiện chiến lược sống chung với lũ Nhìn chung hệ thống đê bao, bờ bao đã mang lại hiệu quả về bảo vệ tài sản tính mạng, tài sản của nhân dân và phát triển sản xuất trong vùng ngập lũ

Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, các phần mềm về mô hình toán thủy lực dòng chảy đã được nâng cấp một cách đáng kể nhằm hỗ trợ tính toán sự lan truyền của lũ, xây dựng bản đồ ngập lũ và dự báo xu hướng của lũ trong tương lai Hiện nay, những đề tài ứng dụng mô hình toán thủy lực (ví dụ: MIKE, ISIS, Hydro-Gis ) đã được thực hiện khá nhiều trên phạm vi thế giới và Việt Nam Ở ĐBSCL, mặc dù đã có khá nhiều mô hình toán thủy lực được phát triển Tuy vậy, những nghiên cứu trước đây chưa đi sâu vào các đặc tính thủy lực (lưu lượng và mực nước theo thời gian tại từng vị trí khác nhau) và động thái dòng chảy của khu vực

Tổng hợp các vấn đề trên đề tài “Ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC-2D

nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long” là cần thiết Sử dụng mô hình thủy lực TELEMAC với ưu điểm là mô

hình thủy lực rất mạnh, mã nguồn mở và là phần mềm hoàn toàn miễn phí Đây là mô hình đang có xu hướng phát triển mạnh trong tương lai

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.2

Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán số giải bài toán lan truyền lũ áp dụng cho vùng đồng bằng sông Cửu Long

Đánh giá mức độ thay đổi các đặc tính thủy lực (lưu lượng và mực nước theo thời gian tại các vị trí khác nhau) ứng với các kịch bản: có đê bao, vỡ đê, các kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu

PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3

Về thời gian là mùa lũ (01/09 đến 30/09) với số liệu mô phỏng lũ năm 2013 Về không gian gồm toàn bộ lưu vực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long với diện tích khoảng 40 000 km2

Hình 1.1: Phạm vi vùng nghiên cứu

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 1.4

Phương pháp thống kê: Nhằm thu thập và xử lý số liệu khí tượng thủy văn, số

liệu địa hình, mạng lưới kênh sông, các số liệu về thủy triều

Phương pháp kế thừa: Phương này được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu, xem

xét, đánh giá và tận dụng các kết quả nghiên cứu đã có trước đây kể cả trong nước và ngoài nước

Phương pháp ứng dụng mô hình toán: Phương pháp này được thực hiện trên cơ

sở tận dụng tối đa sự phát triển của tin học trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển tài nguyên nước trong nước và trên thế giới, cụ thể là các mô hình toán mô phỏng Trong luận văn sẽ ứng dụng mô hình Telemac2D để mô phỏng tác động hệ thống đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực của ĐBSCL Telemac2D được phát triển bởi Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộc trung tâm quốc gia nghiên cứu

Thủy lực của Điện Lực Pháp Hệ thống này trước đây khi sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây đã trở thành nguồn mở và hoàn toàn miễn phí, là một công cụ rất mạnh được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực liên quan đến tài nguyên nước, môi trường, biến đổi khí hậu

MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.5

Các nghiên cứu hiện nay trong nước về sự tương tác giữa hệ thống đê bao, bờ bao và dòng lũ ở ĐBSCL bằng các mô hình thủy lực phổ biến hiện nay như mô hình HydroGis, Hec-Ras, MIKE11 Tổng hợp các bài báo tiêu biểu sau:

[1]”Động thái dòng chảy của vùng tứ giác Long Xuyên dưới tác động của đê bao vùng lũ” của Nguyễn Thành Tựu, Văn Phạm Đăng Trí, và Nguyễn Hiếu

Trung (Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ) năm 2013

Trong bài báo này mô hình thủy lực dòng chảy một chiều hệ thống sông vùng tứ giác Long Xuyên (ĐBSCL) được xây dựng trên HEC-RAS dựa vào số liệu có sẵn về mạng lưới sông mặt cắt ngang, điều kiện biên và mô hình cao độ số của năm 2000 Các kịch bản được xây dựng cho mô hình bao gồm: (i) Kịch bản dựa trên dữ liệu năm 2000 (không có đê bao); và, (ii) kịch bản dựa trên hệ thống đê bao khép kín năm 2011 có hiệu chỉnh cao trình nhằm đảm bảo ngăn lũ triệt để

Việc xây dựng các kịch bản nhằm mục đích đánh giá những ảnh hưởng có thể xảy ra của hệ thống đê bao khép kín lên khu vực nghiên cứu nếu sự kiện lũ xuất hiện năm 2000 xuất hiện trong tương lai Hơn nữa, thông qua mô hình, các đặc tính thủy lực và động thái dòng chảy đối với hai kịch bản được xác định, đây là một trong những cơ sở quan trọng phục vụ trong công tác quy hoạch thủy lợi và sử dụng đất nông nghiệp Kết quả thu được từ việc nghiên cứu là nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu có liên quan trong tương lai và cung cấp công cụ hữu ích cho công tác quản lý nguồn nước

[2] “Xây dựng cơ sở dữ liệu mực nước vùng ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long nhằm đề xuất giải pháp khoa học xây dựng hệ thống đê bao” của GS.TS

Trần Như Hối năm 2005

Trong báo cáo chuyên đề này tác giả đã phân tích diễn biến trận lũ năm 2000 qua tài liệu thực đo Và trên cơ sở phân tích dữ liệu thực đo năm 2000 mô phỏng thủy lực lũ trên mô hình dòng thủy lực dòng không ổn HydroGis Từ đó phân tích đánh giá mực nước lũ cực đại hàng năm theo tần suất ở ĐBSCL Và thuyết minh kết quả nghiên cứu hệ quả thủy lực của đê bao

Bao gồm các mặt tích cực như sau: giảm vùng ngập lụt nằm trong đê bao, nhân dân và chính quyền địa phương chủ động hơn trong các hoạt động KT-XH-VH trong mùa mưa lũ Tuy nhiên, các mặt tiêu cực trước mắt như sau: làm thay đổi chế độ thủy văn trong các sông chính, biên độ triều tăng lên ảnh hưởng của biển vào sâu hơn, tốc độ dòng chảy trong kênh tăng lên… nguy cơ xói thay đổi lòng dẫn tăng Mực nước đỉnh lũ và đỉnh triều tăng lên đe dọa các đô thị lớn như Cần Thơ, Vĩnh Long, Mỹ Tho Nguy cơ thiếu nước ngọt trong mùa kiết tăng

[3] “Ảnh hưởng của đê biển Gò Công – Vũng Tàu đến chế độ thủy lực hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai “ của TS Nguyễn Cao Đơn

Trong nghiên cứu này, chế độ thủy động lực học của vùng hạ lưu sông Sài Gòn -Đồng Nai đã được mô phỏng cho các kịch bản trước và sau khi có tuyến đê Gò Công - Vũng Tàu bằng việc sử dụng mô hình DEFLT3D kết hợp với mô hình MIKE 21 và MIKE 11 Kết quả tính toán cho thấy công trình đê biển sau khi xây dựng sẽ làm thay đổi chế độ dòng chảy ra vào cửa sông Soài Rạp, riêng khu vực Vũng Tàu có chịu ảnh hưởng nhưng không nhiều Tuyến đê biển tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa vùng lòng hồ và vùng cửa sông Soài Rạp

Các nghiên cứu ngoài nước:

Qua việc tham khảo một số công trình nghiên cứu của các tác giả nước ngoài về đê bao đã chọn lọc được một số bài báo tiêu biểu để giới thiệu như sau:

[4] J K Smith, E J Chacón-Moreno, R H G Jongman, Ph Wenting and J H

Loedeman, 2006 Effect of dyke construction on water dynamics in the flooding savannahs of Venezuela Earth Surface Processes and Landforms, British Society for

Geomorphology, 31: 81-96

Trong nghiên cứu này tác giả đánh giá tác động của đê bao lên vùng đầm lầy tại Venezuela Tác giả xây dựng mô hinh ngập lụt bằng mô hình cao độ số DEM được đo đạc thực địa với GPS Sau thời gian lũ thì vùng hạ lưu của đê bao hoàn toàn khô cạn.Trong giai đoạn chuyển tiếp giữa mùa mưa và mùa khô thì tác động hệ thống đê bao lên dòng chảy rất lớn Tác giả đưa đến kết luận xây dựng hệ thống đê bao làm ngăn cản dòng chảy tự nhiên và làm cho dòng chảy trở nên phức tạp

[5] Van, P.D.T, 2009 Hydraulic modelling and flood inundation mapping in a bedrockconfiend anabranching network: The Mekong River in the Siphandone wetlands, Laos Unpublished PhD thesis submitted to the Faculty of Engineering,

Science and Mathematics, University of Southampton, England

Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng mô hình thủy lực HEC-RAS 1D mô phỏng bản đồ ngập lụt mạng lưới sông trong vùng đầm lầy Siphandone Lào Nghiên cứu đã giúp phát triển phương pháp mô hình hóa mạng lưới sông phức tạp với điều kiện ràng buộc giới hạn về dữ liệu (các điều kiện biên) Những phát triển bao gồm: (i) sự thay đổi cao độ đáy sông dựa vào ảnh SPOT để mô hình hóa mạng lưới sông các mặt cắt sông (ii) các hệ số nhám thủy lực trong kênh tại mỗi mặt cắt ngang có thể khác nhau đáng kể do sự biến đổi địa mạo lòng sông tại từng vị trí do phù sa (iii) hệ số nhám thủy lực thành ven sông không đáng kể vào giai đoạn mô phỏng theo hệ thống sông ngòi Thay vào đó độ nhám thành ven sông được xác định là những thay đổi nhỏ đo được trong vận tốc tức thời và vận tốc trung bình trong sông

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Sông Mekong (sông Cửu Long) – một trong những con sông lớn nhất thế giới, đứng thứ 6 về lượng nước (khoảng 450-520 tỷ m3), bắt nguồn từ Tây Tạng Trung Quốc đi qua nhiều đới khí hậu khác nhau, chảy qua 5 quốc gia (Trung Quốc, Miamma, Lào, Thái Lan, Campuchia), chảy vào Nam bộ Việt Nam ra biển Đông Lưu vực sông Mekong rông khoảng 795.500 km2, trong đó phần thuộc VN là 72.000 km2 Dòng chính dài khoảng 4.200km, trong đó đoạn sông chính chảy qua Nam Bộ VN dài khoảng 230km Tại Phnom Pênh, sông Mekong chia làm 2 nhánh sông Tiền và sông Hậu đều chảy về phía VN

Thượng lưu sông Mekong dài 1800km, diện tích lưu vực gần 200.000km2

Phần thượng nguồn thuộc cao nguyên Tây Tạng có tuyết phủ gần như quanh năm Trung lưu kể từ Chiang Saen tới Kratie (Campuchia-CPC) chiếm khoảng 57% tổng diện tích lưu vực là vùng sinh lũ chủ yếu Qua khỏi Kratie, sông Cửu Long chảy vào đồng bằng châu thổ hạ lưu Châu thổ sông Mekong trải rộng trên diện tích 59.000km2, trong đó có khoảng 40.000km2 thuộc VN gọi là đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 2.1

Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên 2.1.1

Đồng bằng sông Cửu Long là phần cuối giáp biển của đồng bằng châu thổ sông MeKong, được giới hạn bởi vịnh Thái Lan ở phía Tây Nam, biển Đông ở phía Nam và Đông Nam, sông Vàm Cỏ ở phía Bắc và Đông Bắc

ĐBSCL bao gồm toàn bộ hay một phần địa phận các tỉnh: Long An, Đồng Tháp, An Giang, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau, Cần Thơ

ĐBSCL vốn là một miền trũng Kainozoi MeKong, được lấp đầy chủ yếu bằng các trầm tích hỗn hợp sông – biển Ngoài ra, còn có các trầm tích có nguồn gốc khác

nhau, như bồi tích, trầm tích trên các giếng cát có nguồn gốc biển, trầm tích nguồn gốc hồ và trầm tích hỗn hợp đầm lầy- sông và đầm lầy – biển

ĐBSCL là vùng đồng bằng khá bằng phẳng và hơi thấp, cao độ phổ biến từ 0,3 – 2,0 trừ một số đồi núi ở phía Tây Bắc thuộc tỉnh An Giang, Kiên Giang, toàn bộ đất đai còn lại có cao độ dưới 5m Ngoài ra còn có những gờ đất ven sông và cồn cát ven biển tương đối cao, hai vùng trũng nhất là Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên Bờ biển thấp với một số vịnh nhỏ như mũi cao, các bãi biển ngập nước khi triều lên

Đặc điểm khí hậu 2.1.2

Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên nền khí hậu ở ĐBSCL quanh năm nắng ấm và sư phân mùa khô-ẩm rất sâu sắc tùy theo hoạt động của hoàn lưu gió mùa Mùa khô thường trùng với mùa ít mưa, đây cũng là thời kỳ khống chế của gió mùa Đông-Bắc kéo dài khoảng từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có khí hậu đặc trưng là khô, nóng và rất ít mưa Mùa ẩm trùng với mùa mưa, là thời kỳ khống chế của gió mùa TâyNam kéo dài từ tháng V đến tháng X, có khí hậu đặc trưng là nóng, ẩm và mưa nhiều

Khí hậu ở đồng bằng sông Cửu Long có sắc thái riêng, đó là khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa cận xích đạo, nắng nhiều, nhiệt độ cao quanh năm, mùa mưa về cơ bản là mùa hè, mùa khô xuất hiện vào các tháng giữa và cuối mùa đông, đầu mùa hè Sự tương phản về mưa giữa mùa mưa và mùa khô rất sâu sắc

Do nền bức xạ cao, địa hình khá bằng phẳng nên nhiệt độ phân bố tương đối đều trong đồng bằng sông Cửu Long với nhiệt độ không khí trung bình năm biến đổi trong phạm vi (26-29) 0C

Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng (70-80%) Lượng mưa năm trung bình nhiều năm biến đổi trong phạm vi từ dưới 1400mm

tăng lên 2.400 mm ở bán đảo Cà Màu Mùa mưa hàng năm xuất hiện vào các tháng XI, lượng mưa vào mùa mưa chiếm khoảng (88-95) % lượng mưa năm

V-Mạng lưới sông ngòi, kênh rạch 2.1.3

Ngoài hệ thống sông Cửu Long (sông Tiền, sông Hậu) trong ĐBSCL còn có các hệ thống sông chính sau:

Hệ thống sông Vàm Cỏ, bao gồm hai nhánh Vàm Cỏ Tây và Vàm Cỏ Đông Nhóm sông Sở Thượng, Sở Hạ, Cái Cò – Long Khốt chạy dọc theo biên giới VN-CPC trên địa bàn các tỉnh Đồng Tháp, Long An

Hệ thống sông Cái Lớn-Cái Bé, hoàn toàn là các sông vùng triều, xuất phát từ trung tâm bán đảo Cà Mau và đổ ra biển qua cửa Cái Lớn

Hệ thống sông Mỹ Thanh, gồm có sông chính Mỹ Thanh, các chỉ lưu Cổ Cò, Nhu Gia là trục tiêu, dẫn nước mặn và cũng là trục đường giao thông thủy quan trọng của vùng bán đảo Cà Mau

Hệ thống sông Đốc, bao gồm sông Đốc, các chỉ lưu Cái Tàu, Biện Nhị - Cán Gáo, là trục tiêu chính của vùng U Minh

Hệ thống kênh đào ở ĐBSCL được phát triển chủ yếu trong vòng hơn 1 thế kỷ nay, với mục đích chính là phát triển sản xuất nông nghiệp và giao thông thủy Đến nay, hệ thống kênh đào đã được xây dựng khá dày trên phạm vi toàn ĐB ở 2 cấp kênh, với mật độ khoảng 3 – 5 km/kênh trục, 1,5 – 2km/cấp 2 Hệ thống cấp 3 và nội đồng còn phát triển ở mức thấp Hệ thống kênh trục trong đồng bằng bao gồm:

Hệ thống kênh trục nối sông Hậu với biển Tây, sông Tiền với sông Vàm Cỏ Tây và sông Tiền với sông Hậu Ngoài ra tại vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) còn có các trục chạy dọc từ biên giới Việt Nam – CamPuChia với sông Tiền

ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN 2.2

2.2.1 Chế độ dòng chảy

Chế độ thủy văn ở ĐBSCL được Biển Hồ điều tiết Biển hồ có diện tích lưu vực khoảng 85000km2, dung tích cực đại khoảng 85 tỷ m3 Hàng năm, nó nhận khoảng 49 tỷ m3 nước (vào mùa lũ) từ sông Mekong Cùng với dòng chảy do chính lưu vực sinh ra Biển Hồ, từ sau đỉnh lũ cho đến đầu mùa mưa năm sau, thường bổ sung khoảng 80 tỷ m3 nước cho hạ lưu Đây là cơ chế đặc sắc nhất, góp phần cắt đỉnh lũ trong mùa lũ, kéo dài thời gian ngập lụt, tăng dòng chảy trong mùa kiệt ở ĐBSCL

Mùa lũ hàng năm thường xuất hiện vào các tháng VII-XI Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm khoảng (70-85) % lượng dòng chảy năm Lũ thường gây ngập lụt ở đồng bằng sông Cửu Long Mùa cạn từ tháng XII đến tháng VI năm sau, lượng dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng (15-30)% dòng chảy năm, 3 tháng liên tục có dòng chảy nhỏ nhất xuất hiện vào các tháng II-IV hay III-V

Chế độ nước sông ở vùng đồng bằng ven biển còn chịu chi phối bởi thủy triều Biển Đông và vịnh Thái Lan với chế độ triều tương ứng là bán nhật triều không đều và nhật triều không đều Hai loại triều với chế độ khác nhau này xâm nhập vào trong sông ngòi kênh rạch, tạo nên bức tranh thủy triều phức tạp Tuy nhiên, thủy triều biển Đông chiếm ưu thế so với thủy triều từ vịnh Thái Lan xâm nhập vào

Tuy nhiên, nhờ tác dụng điều tiết của Biển Hồ ở Campuchia làm giảm đáng kể lượng lũ và lưu lượng đỉnh lũ sông Mekong chảy vào đồng bằng sông Cửu Long

Lũ sông Mekong chảy vào ĐBSCL qua sông Tiền, sông Hậu và tràn qua biên giới vào vùng Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên và khu giữa sông Tiền – sông Hậu Tổng lưu lượng đỉnh lũ trung bình chảy vào ĐBSCL khoảng 38.000 m3/s Theo kết quả điều tra khảo sát trong thời kỳ 1991-2000, tổng lưu lượng lớn nhất của sông MeKong chảy vào ĐBSCL khoảng (40.000 – 45.000) m3/s Trong đó qua sông Tiền và sông Hậu khoảng (32.000 – 34.000) m3/s chiếm (75-80)%, trong đó (24.000 -26 000) m3/s qua sông Tiền tại Tân Châu, (7.000 – 9000) m3/s qua sông Hậu tại Châu Đốc); tràn qua biên giới khoảng (8.000 – 12.000) m3/s, trong đó tràn vào TGLX (2.000 – 4.000) m3/s, tràn vào Đồng Tháp Mười (6.000 – 9.000) m3/s

Tổng lượng lũ sông MeKong chảy vào ĐBSCL khoảng (350-400) km3, trong đó (80-85) % qua dòng chính, (15-20) % tràn qua biên giới Trong các trận lũ lớn nhất hàng năm, mực nước cao nhất sông Tiền tại Tân Châu thường cao hơn mực nước sông Hậu tại Châu Đốc khoảng (15- 45) cm Mực nước đỉnh lũ cao nhất trong khoảng 60 năm qua tại Tân Châu trên sông Tiền và Châu Đốc trên sông Hậu tương ứng là 5,12 m và 4,89 m đều xuất hiện vào trận lũ X/1961, riêng trận lũ lịch sử năm 2000 tương ứng bằng 5,06 m và 4,9 m, xuất hiện vào ngày 23 tháng IX

Hằng năm vào mùa lũ, lũ sông MeKong làm ngập gần 2 triệu ha ở phía bắc, kéo dài 3-5 tháng gây khó khan cho canh tác và đời sống nhân dân, các năm lũ lớn gây nhiều thiệt hại về nhân mạng cũng như tài sản Tuy nhiên lũ cũng mang lại nguồn phù sa bồi bổ cho đất, nguồn thủy sản phong phú và có tác dụng tốt trong việc vệ sinh đồng ruộng Sông Mekong là nguồn nước ngọt rất quan trọng và có tính quyết định đối với ĐBSCL, cung cấp cho đại bộ phận diện tích ĐBSCL để phục vụ sản xuất và đời sống nhân dân

2.2.3 Đặc điểm thủy triều ở ĐBSCL

Thủy triều có ảnh hưởng sâu sắc đến dòng chảy vùng ven biển ĐBSCL Vùng ven biển phía Đông từ Cần Giờ đến mũi Cà Mau chịu ảnh hưởng của thủy triều biển Đông; vùng ven biển phía Tây từ mũi Cà Mau đến Hà Tiên chịu ảnh hưởng của thủy triều biển Tây

Thủy triều vùng ven biển Đông có chế độ bán nhật triều không đều, mỗi ngày nước lên xuống 2 lần, có 2 đỉnh và 2 chân Hai đỉnh triều chênh lệch nhau ít nhưng 2 chân chênh lệch nhau nhiều Với dạng triều này sẽ có tác dụng đưa nước vào nội đồng nhiều hơn Xu thế thủy triều ven biển Đông là từ Vũng Tàu đến Gành Hào biên độ triều tăng lên nhưng thời gian xuất hiện đỉnh triều chậm dần

Thủy triều ven biển Tây thuộc loại hỗn hợp thiên về nhật triều Trong ngày có 2 đỉnh, 2 chân nhưng những dao động lớn hoàn toàn chiếm ưu thế và thiên về nhật triều Có nghĩa là 2 đỉnh chênh lệch nhau đáng kể nhưng 2 chân xấp xỉ nhau Dạng triều này có thời gian duy trì mức nước thấp dài nên tạo ra việc tiêu tháo nước thuận lợi

NHỮNG NÉT CHÍNH CỦA CHẾ ĐỘ LŨ, LỤT TẠI ĐBSCL 2.3

 Mùa lũ ở ĐBSCL thường kéo dài khoảng 6 tháng, từ tháng VII cho đến tháng XII hàng năm, chậm pha khoảng 1 tháng so với lũ thượng nguồn

 Độ biến động lũ giữa các năm không lớn so với sự điều tiết của Biển Hồ Nếu như biên độ lũ tại Kratie có thể đạt trên dưới 14-16m/năm thì biên độ lũ tại Tân Châu, Châu Đốc chỉ khoảng 3,0 – 4,0 m/năm Tuy nhiên, do ĐBSCL bằng phẳng nên khi mực nước lũ tăng thêm vài chục cm thì không gian bi ngập lụt gia tăng đáng kể

 Lũ ở ĐBSCL diễn ra hiền hòa Lũ lên xuống từ từ , cường suất nhỏ, trung bình 4cm/ngay, Những trận lũ lớn và sớm, cường suất phổ biến cũng chỉ 10-12

3-cm/ngay Cường suất cao nhất đạt 20-30cm/ngày, vào đầu mùa lũ, đôi khi đạt đến 30-40 cm/ngày

 Tốc độ truyền lũ chậm Từ Pnompenh về Tân Châu, khoảng 2-3 ngày Nếu gặp triều cường, tốc độ truyền lũ giảm rõ rệt

 Đường quá trình lũ đặc thù là mực nước tăng dần từ đầu mùa (tháng VII) đến giữa mùa (tháng IX, X) thì đạt đỉnh, sau đó giảm dần đến cuối mùa (tháng XI, XII) Lũ phổ biến dạng một đỉnh chính vào khoảng từ cuối tháng IX đến nửa đầu tháng X Đôi khi xuất hiện một đỉnh phu trong tháng VIII, đầu tháng IX, sau đỉnh này lũ, hoặc giảm chậm hoặc ít thay đổi một thời gian ngắn sau tăng trở lại để đạt đỉnh thứ hai thường cao hơn đỉnh trước Đôi khi, đỉnh vào tháng VIII xấp xỉ hoặc cao hơn đỉnh tháng X (lũ năm 1978, 1991)

 Lượng nước tại trung và hạ du lưu vực sông Mekong do mưa lớn trong bão nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Tây-Nam chính là nguồn sinh lũ ở ĐBSCL

 Tổng lưu lượng đỉnh lũ trung bình vào ĐBSCL đạt 38.000 m3/s, tương ứng với mực nước trung bình 4.4m tại Tân Châu và 3.9m tại Châu Đốc Tổng lưu lượng lớn nhất vào ĐBSCL có thể đạt 45000 – 52000 m3/s, trong đó qua Tân Châu là 25000-26000 m3/s , qua Châu Đốc 7000 -8000 m3

/s và qua biên giới 11000-16000 m3/s Khoảng 70-80% dòng chảy sông Mekong tiêu thoát ra biển Đông theo sông Tiền, Hậu , phần còn lại tràn vào ĐTM, TGLX sau trở lại sông và ra biển Đông hoặc biển Tây

 Trong mùa nước lũ mực nước sông Tiền luôn cao hơn sông Hậu, vì thế ngoài chảy xuống hạ lưu và vào ĐTM, nước lũ sông Tiền còn đổ sang sông Hậu qua Vàm Nao, các kênh ngang khu giữa và tràn đồng

 Hơn 100 năm trước, nước lũ chảy tràn tự do vào ĐBSCL thì 15 năm gần đây, lũ phần nào bị dẫn vào hệ thống kênh đào và khống chế bởi hệ thống bờ bao Các

yếu tố này làm thay đổi hướng truyền lũ, cản trở dòng chảy, thay đổi quy luật diễn biến lũ trong nội đồng vào đầu vụ (tháng VIII) ở vùng ngập lũ sâu và một ít ở lũ chính vụ ở vùng ngập lũ nông Các tác động này rõ rệt hơn trong những trận lũ trung bình và nhỏ

 Lũ luôn mang đến cho ĐBSCL cả mặt tích cực và tiêu cực Ngay những trận lũ lớn với tác hại quá rõ ràng, cũng vẫn đem đến cho đồng bằng lượng phù sa khổng lồ với những vụ lúa bội thu sau đó, nguồn dinh dưỡng to lớn cho các loài thủy sinh phát triển Nước lũ cũng có tác dụng thau chua rửa mặn, thuốc trừ sâu, góp phần làm vệ sinh môi trường

 Nếu đỉnh lũ gặp mưa lớn nội đồng lại trùng triều cao thi mức độ ngập lụt sẽ lớn và kéo dài hơn, đặc biệt là ở vùng chịu tác động của lũ – triều Lũ càng muộn rút càng chậm Mưa ở ĐBSCL tạo nền nước đệm cũng làm gia tăng mức độ ngập lụt, nhất là khi lương mưa tháng IX- XI lớn

 Thủy triều biển Đông Nam Bộ là yếu tố quan trọng làm gia tăng mức độ ngập lụt Những năm lũ nhỏ, dù gặp thủy triều cao cũng không gia tăng lụt nhiều Song những năm lũ lớn khi đỉnh lũ trùng kỳ triều cao thì ngập lụt gia tăng đáng kể, trung bình thường tăng 10- 20 cm Tác động của thủy triều rất rõ ở vùng hạ lưu và ngập nông Càng gần biển càng giảm đặc tính của lũ, tăng đặc tính dao động của triều lên dòng chính, cũng như ngập lụt ở ĐTM, TGLX, vùng Tây sông Hậu và phụ cận

 Nước lụt vào ĐTM theo 2 hướng: (1) từ vùng ngập lụt CPC vào (trong các trận lũ lớn trước đây thường chiếm khoảng 85- 90 %; và (2) từ sông Tiền vào (chiếm 10-15%) Nước lụt từ ĐTM thoát ra theo 2 hướng: trở lại sông Tiền qua QL30 từ Đốc Vàm Hạ đến An Hữu, qua QL1 từ An Hữu đến Long Định và thoát ra theo sông Vàm Cỏ

 Nước lụt chảy vào TGLX theo 2 hướng: (1) từ CPC vào, chiếm 75 – 80%; và (2) từ sông Hậu vào (chiếm 20- 25 %) Nước lụt từ TGLX thoát ra theo 3 hướng : 80% ra biển Tây, 15% xuống vùng Tây sông Hậu và khoảng 5% chảy trở lại sông Hậu

HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐÊ BAO Ở ĐBSCL 2.4

Hình 2.1: Hiện trạng đê bao ở đồng bằng sông Cửu Long

Bao gồm các tuyến đê bao chính như sau:

Tuyến kiểm soát lũ tràn biên giới vào vùng TGLX

Đến năm 2000 thì các tuyến đê kiểm soát lũ cho các vùng lớn vào vùng tứ giác long xuyên hoàn thành Về tuyến có một số điểm khác so với quy hoạch là đoạn từ Châu Đốc đến Tịnh Biên không đi theo quốc lộ N1 như quy hoạch mà nay theo bờ nam kênh Vĩnh Tuy Về công trình dưới đê thì có sự thay đổi là 2 cống Trà Sư và Tha La được thay bằng các đập cao su Tuy nhiên quy trình vận hành của các đập này vẫn đúng như quy hoạch, có nghĩa là đầu và cuối mùa lũ đóng lại để ngăn lũ tràn biên giới vào vùng tứ giác long xuyên, giữa mùa lũ mở ra để tránh dâng mức nước vùng biên giới

Tuyến đê kiểm soát lũ tràn biên giới vào vùng Đồng Tháp Mười Tân Thành – Lò Gạch

Tuyến đê bắt đầu hình thành từ khi đào kênh Tân Thành Lò Gạch Nhưng được cũng cố và phát triển trong thời gian gần đây, khi quyết định dung tuyến này làm tuyến kiểm soát lũ tràn biên vào Đồng Tháp Mười Hiên nay các đoạn từ đầu kênh đến cầu Cái Cái đã đảm bảo cao trình kiểm soát lũ vào bề rộng, đoạn từ cầu Cái Cái đến kênh Hai Tám chưa đạt cao trình cũng như bề rộng

Tuyến Nam kênh Vĩnh An

Tuyến này trùng với con đường đi từ Tân Châu sang Châu Đốc, đã được tôn cao để vượt lũ Thực tế hiện nay khu vực giữa kênh Vĩnh An và kênh Tân Châu – Châu Đốc phần lớn diện tích đã đắp bờ bao khép kín với chiều cao đê kiểm soát lũ cả năm

Các tuyến dọc sông Tiền và sông Hậu

Các tuyến dọc sông Tiền và sông Hậu đều trùng với đường giao thông đã xây dựng Hiện nay các con đường bờ tả và bờ hữu sông Tiền vừa được tôn tạo với cao trình vượt lũ, ở dọc sông Hậu thì tuyến bờ hữu đã được tôn cao với cao trình vượt lũ

Các tuyến kiểm soát lũ tràn từ vùng tứ giác Long Xuyên vào vùng tây Sông Hậu

Tuyến này trùng với quốc lộ 80, đã được tôn cao vượt lũ, nhưng các công trình kiểm soát lũ chưa được xây dựng nên chưa có tác dụng nhiều trong việc giảm lũ vào vùng Tây Sông Hậu

Tuyến kiểm soát lũ bờ nam kênh Nguyễn Văn Tiếp

Ngoài ra ở vùng ĐBSCL còn có nhiều tuyến đường như quốc lộ 62, quốc lộ 1A, quốc lộ 63, quốc lộ 80 (đoạn Rạch Giá – Hà Tiên), đường Nam kênh Mạc Cần Dưng đều có cao trình vượt lũ nhưng các cầu chưa đủ khẩu độ thoát lũ, gây cản lũ

Ở ĐTM các tuyến đê bờ nam kênh Hồng Ngự, kênh Đồng Tiến – Lagerange cũng được tôn cao trong đó có đoạn có cao trình vượt lũ, có đoạn chưa vượt lũ nên ít nhiều cũng gây cản lũ về hạ lưu Tuy nhiên các tuyến này cũng tạo nên các bậc cản làm chậm lũ cho hạ lưu

Hệ thống đê bao bờ bao kiểm soát lũ nội đồng

Là các bờ cao và lớn, có thể bảo đảm vụ lúa Hè Thu không bị ngập và có thể ngăn nước xuống giống sớm trong vụ Đông Xuân, sau khi thu hoạch lúa Hè Thu vào khoảng tháng 8 sẽ tiến hành mở cống để nước lũ tràn ngập đồng ruộng

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH THỦY LỰC 3.1

3.1.1 Các mô hình thủy lực phổ biến hiện nay 1 Mô hình VRSAP

Là bộ phần mềm được xem là đầu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, do cố PGS Nguyễn Như Khuê phát triển VRSAP đã được Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam sử dụng cho nhiều dự án quy hoạch cả dự án trong nước và quốc tế VRSAP được nhóm mô hình của Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam hoàn thiện dần trong quá trình áp dụng Phần nâng cấp và hoàn thiện trong nối kết với GIS được giao cho GS Nguyễn Tất Đắc đảm nhiệm và đã có báo cáo qua một đề tài NCKH cấp bộ năm 2005, đã được nghiệm thu 2007

Đây là mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực của dòng chảy một chiều (1D) trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ Các khu chứa nước và các ô đồng ruộng trao đổi nước với sông qua cống điều tiết Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô đồng ruộng thành hai loại chính Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa thông thường

2 Mô hình KOD-01 và KOD-02

Mô hình của GS-TSKH Nguyễn Ân Niên Đây là phần mềm dựa trên sơ đồ sai phân hiện Mặc dù thời gian tính nhanh nhưng nhiều khi gặp vấn đề cân bằng toàn cục ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả KOD chủ yếu được một số cán bộ của Viện Khoa học thủy lợi sử dụng

Đây là phần mềm mới được xây dựng trong một số năm gần đây, phần nối công cụ GIS, demo kết quả và giao diện khá tốt HydroGis cũng giải hệ phương trình Saint-Venant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissmann, nhưng giải trực tiếp hệ sai phân bằng phương pháp lặp nên tốc độ tính chưa nhanh

4 Mô hình SOBEK

Phần mềm này do Delft Hà Lan phát triển, gồm phần dòng chảy và tính toán ô nhiễm 1,2 chiều, đã nối kết với công cụ GIS Sử dụng hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều cho dòng chảy trong kênh sông SOBEK sử dụng lược đồ sai phân xen kẽ nhưng do bản chất của lược đồ sai phân, kết quả tính vẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tán số

5 Mô hình HEC-RAS

Do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông

6 Họ mô hình MIKE

Do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan hay cá nhân nào cũng có điều kiện sử dụng

+ MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều” MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết

với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải chất khuếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian

Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD

+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Mô hình MIKE21-HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

MIKE21-HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm:

- Ngập và tiêu nước cho vùng tràn - Tràn bờ

- Dòng qua công trình thuỷ lợi - Thủy triều

Tuy nhiên, MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD

MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn

Trái lại, mô hình TELEMAC là mô hình thủy lực rất mạnh, đặc biệt là mô phỏng lũ, vỡ đập; hơn nữa đây là mô hình miễn phí và là mô hình mã nguồn mở Với mô hình này, người sử dụng có thể dể dàng phát triển những ý tưởng của mình cho việc xây dựng bài toán theo đúng hiện thực vận lý Cùng với sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình Fortran thì việc linh hoạt, mềm dẻo trong xây dựng mô hình là điều dể dàng hơn Ngày nay, mô hình TELEMAC được cộng đồng các nhà khoa học cùng nhau phát triển nên hứa hẹn trong tương lai sẽ ngày càng hoàn thiện hơn

Như vậy, mô hình TELEMAC – 2D có những ứng dụng phù hợp và được ứng dụng cho nghiên cứu này

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TELEMAC 2D 3.2

3.2.1 Giới thiệu mô hình TELEMAC

Mô hình TELEMAC được bắt đầu phát triển từ năm 1987 do Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộ

Mô hình TELEMAC ngày nay đã có những cải thiệt đáng kể về tốc độ tính toán do hổ trợ các phương pháp tính toán song song để ứng dụng chạy trên các hệ thống máy chủ lớn Mô hình TELEMAC trước đây khi sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây đã trở thành nguồn mở và hoàn toàn miễn phí

Thủy động lực học:

- Telemac 2D: Mô hình tính dòng chảy 2 chiều, giải hệ PT Saint-Venant (bao

gồm mô phỏng hiện tượng truyền các chất hòa tan) hổ trợ cả 2 phương pháp tính khác nhau:

+ Phương pháp phần tử hữu hạn: hệ PT Saint-Venant viết dưới dạng bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp chiếu (Projection Method) khi dùng sơ đồ ẩn Phương pháp này có tính ổn định cao với tốc độ tính rất nhanh

+ Phương pháp thể tích khối hữu hạn không cấu trúc: PT Saint-Venant viết dưới dạng bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp Godunov (xấp xỉ bất biến Riemann) khi dùng sơ đồ hiện Phương pháp này cho phép tính toán sóng gián đoạn ngay cả khi địa hình phức tạp (bài toán vỡ đập) với tốc độ tính toán cao

- Telemac 3D: Giải hệ PT Navier – Stockes - Artemis: tính sóng biển có xét tới hiện tượng vật lý như phản xạ, nhiễu xạ,

khuếch tán của sóng biển khi truyền vào vùng nước nông trước và trong cảng biển

a) Tải bùn cát - Sisyphe: giải bài toán tải bùn cát và biến hình lòng dẫn 2 chiều Mô hình

phân miền tính toán làm 2 phần:

+ Phần dòng chảy phía trên đáy: tính toán bùn cát lơ lửng hay sát đáy, dính

hoặc không dính với cấp hạn khác nhau

+ Phần dưới đáy giả định: giải bài toán nén sụt và cứng hóa của bùn cát

dưới đáy Hai phần sẽ trao đổi bùn cát tương tác nhau

- Sedi – 3D: Giải bài toán tải bùn cát 2 chiều b) Bộ công cụ hổ trợ

- Rubens: vẽ kết quả tính toán - Matiss, Blue Kenue: Bộ tạo lưới - Stbtel: Giao diện lưới

- Potel – 3D: Vẽ các lát cắt 2D từ 3D 3.2.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình Telemac – 2D

Mô hình Telemac - 2D giải phương trình dòng chảy mặt trung bình theo chiều sâu dựa trên phương trình Saint-Venant Kết quả chính tại mỗi nút của lưới tính toán là độ sâu của mực nước và các thành phần vận tốc trung bình theo chiều sâu Ứng dụng chính của Telemac - 2D để tính toán thủy lực trên sông hay ven bờ biển và có tính đến các hiện tượng như:

- Lan truyền sóng dài, bao gồm ảnh hưởng phi tuyến - Ma sát tại đáy

- Ảnh hưởng của lực Coriolis - Ảnh hưởng của các hiện tượng khí tượng như: ứng xuất không khí và gió

- Chảy rối - Dòng chảy tới hạn và chưa tới hạn - Tác động của nhiệt độ và độ mặn theo phương ngang đối với khối lượng

riêng của nước

- Tọa độ vuông gốc Cartesian và tọa độ cầu đối với miền tính lớn - Miền tính khô trong trường hợp mô phỏng: vùng ngập triều và vùng ngập lũ - Sự tải và khuếch tán của chất tan bởi dòng chảy bao gồm các giai đoạn hình

thành và phân rã

- Sử lý trường hợp đặc biệt như cống, đập, đê, si phoong … - Bao gồm các lực kéo tạo ra bởi các công trình thẳng đứng - Bao gồm hiện tượng thấm qua lổ rỗng

- Có xét đến sự hình thành sóng tức thời (liên kết với các mô đun ARTEMIS

and TOMAWAC)

- Kết nối với chuyển tải bùn cát (Mô đun SISYPHE)

Đây là phần mềm có nhiều ứng dụng Trong lĩnh vực hàng hải đặc biệt đề cấp đến việc tính toán các kích thước công trình cảng, nghiên cứu ảnh hưởng cả việc xây dựng các công trình đê chìm hay nạo vét, tác động của nguồn thải tại cửa ra của vùng ven biển hay nghiên cứu về các luồng nhiệt Đối với các ứng dụng sông cũng đề cấp đến việc nghiên cứu tác động từ những công trình xây dựng (cầu, cống, đê đập…), vỡ đập, lũ hay sự chuyển tải các chất phân rã, không phân rã TELEMAC–2D cũng được sử dụng cho một số các ứng dụng đặc biệt như là sự vỡ các hồ chứa công nghiệp, hiện tượng tuyết tan rơi vào hồ

PHƯƠNG TRÌNH DÒNG CHẢY MẶT HAI CHIỀU ỨNG DỤNG 3.3

TRONG MÔ HÌNH TELEMAC – 2D

- Phương trình liên tục:

( )( ) h

huhhdiv uS

g (m/s2) : gia tốc trọng trường ,

Sh (m/s) : lưu lượng đơn vị của nguồn (thành phần trong phương trình

liên tục) Sx, Sy (m/s2) : các ngoại lực (ví dụ lực Coriolis, ) tác dụng trên một đơn vị

khối lượng chiếu theo phương ngang x & y ST (g/l/s) : lưu lượng chất khuếch tán của nguồn Trong đó: h, u, v, T là các đại lượng chưa biết Phương trình được thiết lập trong hệ tọa độ Cartesian và cũng có thể được chuyển sang hệ tọa độ cầu

Sx, Sy (m/s2) là số hạng nguồn tượng trưng cho các thành phần như gió, lực Coriolis, ma sát đáy, nguồn thêm vào của phương trình động lượng trong miền tính Các thành phần khác trong phương trình được biến đổi qua một hoặc nhiều bước sau (trong trường hợp trung bình bằng các phương pháp đặc trưng):

trung bình các đại lượng h, u, v và T

các số hạng lan truyền, khuếch tán và nguồn của phương trình động lượng các số hạng khuếch tán và nguồn của phương trình chuyển tải

Tính nhớt rối có thể được cung cấp bởi người sử dụng hoặc có thể được xác định bằng mô hình mô phỏng sự chuyển tải của đại lượng rối k (động năng rối) và Epsilon (tiêu tán rối), phương trình như sau:

1

kvk

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH CỦA MÔ HÌNH CÁC DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

 Tài liệu khí tượng thủy văn bao gồm tài liệu về mực nước và lưu lượng đo đạc theo giờ trong tháng 09/2013 tại các trạm đo thủy văn (Viện Khí Tượng Thủy Văn và Biến Đổi Khí Hậu miền Nam)

 Hệ thống đê bao hiện trạng của năm 2011 có hiệu chỉnh cao trình đảm bảo ngăn lũ triệt để tại một số vị trí

XÂY DỰNG MIỀN TÍNH CỦA MÔ HÌNH 4.2

4.2.1 Mô tả lưới tính toán

Miền nghiên cứu trong hệ tọa độ VN 2000 Với phần mềm hỗ trợ chia lưới phần tử Blue Kenue, miền tính được giới hạn phía thượng lưu sông Me Kong từ Krong Kracheh (Campuchia) đến vị trí biên biển Đông và biển Tây

Diện tính miền tính toán khoảng 80.083 km2 Toàn bộ miền tính toán cho vùng nghiên cứu được mô hình hoá gồm có 378083 nút và 739366 phần tử tam giác

Trong sông thì lưới tính với cạnh tam giác khoảng từ 30 – 400m Lưới tính ngoài biển với cạnh tam giác khoảng 500 – 4000m

Biên Lưu Lượng Biên Mực Nước

Điểm C

Điểm A

Điểm B