Luận án tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Xây dựng mô hình thủy động lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy trong hệ tọa độ cong – Áp dụng tính toán cho một số trường hợp ở Đồng Bằng sông Cửu Long

TRÀN THỊ KIMXÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC, VẬN CHUYÊN BÙN CÁT VÀ HÌNH THÁI ĐÁY TRONG HỆ TỌA ĐỘ CONG - ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT SÓ TRƯỜNG HỢP Ở ĐÒNG BANG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIEN SĨ K

TRÀN THỊ KIM

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC, VẬN CHUYÊN BÙN CÁT VÀ HÌNH THÁI ĐÁY TRONG HỆ TỌA ĐỘ CONG - ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT SÓ TRƯỜNG HỢP Ở ĐÒNG

BANG SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIEN SĨ KỸ THUẬT

TP HO CHÍ MINH, NĂM 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

VIEN MOI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYEN

TRAN THỊ KIM

XAY DUNG MO HINH THUY DONG LUC, VAN CHUYEN BUN CAT VA HÌNH THAI DAY TRONG HE TOA ĐỘ CONG - ÁP DUNG TÍNH TOÁN CHO MOT SO TRƯỜNG HOP Ở DONG

BANG SONG CUU LONG

Ngành: Quản lý tai nguyên và môi trường

Mã ngành: 9850101

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC: 1 GS TS NGUYEN KỲ PHÙNG

2 GS TS NGUYEN VAN PHƯỚC

Cán bộ hướng dẫn 1 Cán bộ hướng dẫn 2

GS.TS NGUYÊN KỲ PHÙNG GS.TS NGUYEN VĂN PHƯỚC

TP HO CHÍ MINH, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ — Xây dung mô hình thủy động lực, vậnchuyển bùn cát và hình thái đáy trong hệ toa độ cong — Ap dụng tính toán cho một

số trường hợp ở Đồng Bằng sông Cửu Long” là công trình nghiên cứu của riêng tôi,chưa được công bố trong bat kỳ công trình nghiên cứu nào khác Các kết quả nghiêncứu trong luận án là trung thực, được phân tích theo các phương pháp tiêu chuân có

cơ sở khoa học và độ tin cậy cao Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được tríchdan và tham chiếu đầy đủ Kết quả nghiên cứu của luận án đã được công bố theo

đúng quy định trên các tạp chí chuyên ngành có uy tín.

Tp HCM, năm 2023

Nghiên cứu sinh

Trần Thị Kim

LOI CAM ON

Đề hoàn thành luận án tiến sĩ này, tôi xin bay tỏ lòng biết ơn chân thành đếnQuý Thầy Cô và các cán bộ, công nhân viên Viện Môi trường và Tài nguyên, Đạihọc Quốc gia Tp HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi

Tôi xin bày tỏ long cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy GS.TS Nguyễn Kỳ Phùng,GS.TS Nguyễn Văn Phước và PGS TS Nguyễn Thị Bảy Các thầy cô là người đãtận tình chỉ bảo, định hướng khoa học và đốc thúc tiễn độ, tạo mọi điều kiện tốt nhấtcho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Luận án này không thé thực hiện được nếu thiếu nguồn giúp đỡ và động viên

vô cùng to lớn từ gia đình tôi, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn to lớn đến những người

thân trong gia đình.

Cuối cùng, đối với bạn bè, đồng nghiệp của tôi ở đơn vị công tác và những nơi

khác, tôi xin ghi lòng những góp ý hữu ích trong chuyên môn và những chia sẻ

trong cuộc sống

Tp HCM, năm 2023

Nghiên cứu sinh

Trần Thị Kim

TÓM TẮT

Luận án này tập trung vào xây dựng mô hình thủy động lực, vận chuyên bùncát và hình thái đáy trong tọa độ cong và áp dụng tính toán cho một số trường hợp ởĐồng bằng sông Cửu Long, cụ thé: Mô hình thủy động lực trong tọa độ cong với ba

module (dòng chảy, sóng và gid) được xây dựng dựa trên hệ phương trình Reynolds

trung bình theo chiều sâu, sau một số phép biến đổi trên tọa độ cong Sau khi môhình được xây dựng đã tiễn hành kiểm định khi tính toán trong kênh hẹp, kênh chữ

U và có so sánh với kết quả khi tính trên hệ tọa độ đề các Kết quả cho thấy khi tínhtoán bằng mô hình thủy động lực trên hệ tọa độ đề các, kết quả vận tốc sát bờ khôngtối ưu bằng tính trên hệ tọa độ cong Mô hình vận chuyên bùn cát và hình thái đáyđược thiết lập dựa trên hệ phương trình chuyền tải bùn cát, có tính đến hàm số

nguồn, mô tả tốc độ bốc lên hay lắng xuống của hạt trên hệ tọa độ cong với hai

module: module phù sa lơ lửng và module diễn biến đáy (có nguồn khai thác cát).Hon vậy, một diém mới mà mô hình đã phát triển được là nguồn khai thác cát biếnđộng theo thời gian dé kết quả tính toán diễn biến đáy phù hợp với thực tế hon mà

hiện nay hau hét các mô hình van chưa có nguôn này.

Đề thấy rõ ứng dụng nguồn khai thác cát, mô hình tọa độ cong được thiết lập

sẽ áp dụng dé tính toán diễn biến đáy cho khu vực Tân Châu dưới ảnh hưởng củakhai thác cát với 3 kịch bản: diễn biến đáy từ năm 1999 đến năm 2001 trong điềukiện không có khai thác cát, diễn biến đáy năm 2002 khi có và không có hoạt độngkhai thác cát Kết quả cho thấy, khi có hoạt động khai thác cát, lòng dẫn về phía hạnguồn sẽ bị tác động rất lớn Mô hình tiếp tục áp dung dé tính toán dòng chảy tongcộng ven bờ tỉnh Sóc Trăng, là khu vực ven biển, nơi có ảnh hưởng của thủy triều,sóng, gió Kết quả cho thấy vào mùa gió Đông Bắc, dòng triều lên từ phía ĐôngBắc — Tây Nam, có hướng cùng với dòng ven bờ chảy, dẫn đến dòng tổng hợp tăngkhi triều lên và triều xuống Tương tự vậy trong mùa gió Tây Nam, dòng triều cóhướng từ Đông Bac — Tây Nam có hướng ngược với dòng ven bờ chảy từ Tây Nam

— Đông Bac, dẫn đến dòng tổng hợp giảm khi triều lên và triều xuống Dòng chảygió ảnh hưởng đến khu vực là không đáng ké

ABSTRACT

This thesis focuses on building hydrodynamic, sediment transport and bed change models on curvilinear coordinate system and applying to some cases in the Mekong Delta In more detailed, the hydrodynamic model with three modules: flow module, wind module and wave module is built based on the depth-averaged Reynolds equation system, after some transformations on curvilinear coordinates After coding, it has been verified by some problems in narrow channels, U-shaped channels and compared with the problem on Cartesian coordinate system The results show that on Cartesian coordinate system, the velocities of nearshore are not

as optimal as simulated on curvilinear coordinate system The sediment transport

and bed change model is established based on a system of sediment transport and bed change equations, integrated the source function which is the rate of rising or settling of particles on a curved coordinate system The model has two modules: the sediment transport and bed change modules (with sand mining function).

Furthermore, the model including the sand mining function over time simulates the

bed change more consistent with the reality.

To identify the application of the sand mining function, the model will be applied to simulate the bed change for Tan Chau area under the influence of sand mining with 3 scenarios: bed change from 1999 to 2001 and that in 2002 with and without sand mining The results show that the bed-change in downstream will be greatly affected when there is sand mining When simulating the total flow along the coast of Soc Trang province under the influence of tides, waves and winds, the tidal currents rise from the northeast to the southwest, which have same direction as the coastal current This is a cause leading to an increase in the combined current at high tide and low tide in the northeast monsoon season Similarly, during the southwest monsoon season, the tidal current from Northeast to Southwest has the opposite direction to the coastal current from Southwest to Northeast, leading to a decrease in the combined current during high tide and low tide Wind flow affecting the area is negligible.

MỤC LỤC

090996900077 .).) i098/9 0), ee ii

TOM 06/0057 Ô iii

F7 lun iv 0/9000 V

DANH MỤC CHỮ VIET TAT 5- << S22 £s£ se se sessesesessesersee viii.9/:800/979I0015757 x

DANH MUC HINH ccsssssscoscsscssssnscascsscssssascascsscsussuscascsscsuccuscascascsuccuscascsscsussaseasess xi

0/6067 .ÔỎ 1

1 Tính cấp thiết của đề tài -<-scscscsstsstssersersetsstrserserssrssessersersee 1

2 Mục tiêu Mghién CỨU - o5 s6 9< 9 9 9.9 99.90 0096906 3

2.1 Mục tiêu tổng quất -¿- ¿52-52 E2 E9 EEEE2112112717121121111 111.1 crxe 32.2 Muc ấu iu 0 Ả ốố 3

3 Nội dung nghiên CỨU o0 G 6 9 59 99 9 9989.999.999 980505 9904999ø 3

4 Đối tượng và phạm Vi nghiên cứu 5< s- se sssessssssse=sssssssessessess 5

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu . ° 6

6 Tính mới của luận AN d << <6 89 594 99894 9894999999994899596988969996 7

CHUONG 1 TONG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CỨU 8

11 Tinh hình nghiên cứu ngoai nC - - G6 5< S5 << 95 555595599558 8

1.1.1 Sự phát triển của mô hình 2DD - ¿2 + s+SE+EE+E£+E£+EeEEeEEerxersrrerreee 81.1.2 Ứng dung các mô hình tọa độ cong 2D vi.ccecccsseesssessesssesssecstesstssseesseesseens 15

1.2 Tình hình nghiên cứu trong TƯỚC o << < 5< s5 s5 5 5555955995 21

1.2.1 Các mô hình 2D - +: 5£ £+SE£EE£EE2EEEE1271212112117111711 2111110.21

1.2.2 Ứng dung các mô hình tọa độ cong -¿ -¿-s¿++x++zxzxx+zx+srxs 23

1.4 _ Đặt van đề nghiên cứu của luận án 5s ssscsecseesessessess 39

1.4.1 Vấn để nghiên cứu -¿ - 2 2+S+EEkSEEEEEEEEEE121121121111 71111111 xe, 39

1.4.2 Trường hợp ứng dỤụng - «+ HH TH HH ngư 40

1.5 Kết luận chương -s-s°-scscssssssessessersetssessrrserssrsssse 42CHUONG 2 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VA SỐ LIỆU 43

2.1 Khung phương pháp luận o5 555 95 93 5599 5696 5584959 43

2.1.1 Dit Hu thu thap oe 44 2.1.2 Phương pháp GIS - 11v TH HH TH ket 47 2.1.3 Phương pháp mô hình toán - - 5 5 2+ +13 ni rưkt 48

2.2 Xây dựng mô hình thủy động lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy

trên hệ f0a dO CON 0G G5 G S9 9 Họ 0 0 0000050 49

2.2.1 Cơ sở lý thuyết phương trình thủy lực, vận chuyên bùn cát và hình thái

đáy trên hệ tọa độ vuÔng BÓC + 221331 E939 111 11 11111 1 ng rệt 49

2.2.2 Các biến đổi trong hệ tọa độ cong - 2 + ++cz+E++kerxerxerxerxereee 592.2.3 Chuyên đôi các phương trình cơ bản sang tọa độ cong - 632.2.4 Sơ đồ giải các mô hình 2-2 ¿+ +E+EE£EE2EE+E2EEEEEEEEEerkerkerkerkee 712.3 Kết luận chương .s-scsscs©csecsscsseesessersersersserserssrssesee 92

CHUONG 3 : KET QUÁ VÀ THÁO LUẬN -5-s-s<ss©sscssecssesses 93

3.1 Kiểm tra module thủy động lực và vận chuyển bùn cát 93

3.1.1 Kiểm tra module thủy động lực trong tọa độ cong - +: 933.1.2 Kiểm tra module vận chuyền bùn cát 2-2-5 sz+sz+s+zxezseex 983.1.3 Kiểm tra module SOng scccscsssesssessssssssssesssesssesssessecssecssessecssecsssesecssecsees 102

3.2 Ứng dung mô hình để tính toán hình thái đáy cho đoạn sông Tiền chảy

qua thị tran Tân Châu dưới ảnh hưởng của khai thác cát 106 3.2.1 Giới thiệu về phạm Vi tính toán ¿- ¿+ + cece +x+ssecrsesrrkeree 06 3.2.2 Thiết lập mô hình - :-+2E++++222E+++t2222E+tttEEvrrrtrrkrrrrrrrree 09

3.2.3 Hiệu chỉnh va kiểm định mô hình - ¿+5 +5cs+xsesvezseeesexse 11

3.2.4 Mô phỏng diễn biến đáy đoạn sông Tiền chảy qua thi tran Tân Chau.117

3.3 Ứng dụng mô hình để tính toán dòng cháy vùng ven biển Sóc Trăng

dưới ảnh hướng của sóng, gió và thủy triỀu ssecccsesseccvcee 129 3.3.1 Tổng quan về khu vực tính toán -: z2+++++22++zztzzse+ 29

3.3.2 Thiết lập mô hình - -2++£+22EE2+++++++222222E++rrrtttrrrrxrrrrrrrre 31 3.3.3 Cân bằng năng lượng triều cho 8 sóng :-2cc+cc+cccse+ 35

3.3.4 Dòng chảy vùng ven bờ tinh Sóc Trăng -5+©555+cc++ 37

3.4 _ Kết luận chương - -seese+ec++vsettrvxseetrrrssrrrrreesee 155 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ +°©CCV22vveeseetervvzvxesssrrororre 156

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ CÓ LIÊN QUAN ĐÉN

LUẬN ÁN

TÀI LIEU THAM KHAO -s°2s£2+esevEE2Sseevvvveseerrrxesrerrsee 162 TONG HỢP CÁC PHU LỤC cccc5s5cc© tESEESEEEEEEEEEEvvvrvrerrsssrsee 171

DANH MUC CHU VIET TAT

ADCIRC : Advanced Circulation

(M6 hinh tuan hoan)

CSDL : Cơ sở đữ liệu

ĐBSCL : Đồng Bằng Sông Cửu Long

DHQG-HCM : Đại học Quốc gia Thanh phố Hồ Chi Minh

DHTL : Dai hoc Thuy loi

GIS : Geographic Information System

(Hệ thống thông tin địa lý)GMĐB : Gió mùa Đông Bắc

GMTN : Gió mùa Tây Nam

HD : Hydrodynamic Module

(Mô đun thủy động lực)

MOBED : Mobile Bed

KBI : Kịch bản 1

KB2a : Kịch bản 2a

KB2b : Kịch bản 2b

KTTV : Khí tượng thủy văn

NSE: : Nash — Sutcliffe coefficient

(Chi số Nash — Sutcliffe)

Ng.GT : Nghiệm giải tích

R7 : Correlation coefficient

(Chi số tương quan)

SERATRA : Sediment and Radionuclide Transport

(Van chuyén tram tich va hat nhan)

SOGREAH : Societe Grenobloise d'Etudes et d'Applications

Hydrauliques

(Hiệp hội nghiên cứu va ứng dụng thủy luc Grenoble) SMS : Surface Water Modeling System

(Hệ thống mô hình hóa nước mặt)

ST : Sediment Transport

(Van chuyén bùn cát)

SUTRENCH- 2D : Suspended sediment transport in Trenches

(Van chuyén tram tich lo lửng trong các kênh)

THIA : Trường hop 1A

TH 1B : Trường hợp 1B

TH 1C : Trường hợp 1C

UBND : Ủy ban nhân dân

USTARS : Unsteady Sediment Transport models for Alluvial Rivers

Simulations

(Mô hình vận chuyền bùn cát không ổn định cho mô phỏng

sông) VRSAP : Vietnam River System And Plains

(Hệ thống sông ngòi va đồng bằng Việt Nam)

WES : Waterways Experiment Station

(Tram thi nghiém duong thuy)

DANH MỤC BANG

Bảng 1-1: Sự phát triển của một số mô hình trên thé giới - ¿55+ 13Bang 2-1: Dữ liệu thu thập dé tính toán diễn biến đáy cho đoạn sông Tiền chảy quathị trần Tân Châu - -: +¿+©©++++2©+++22EE++22E1Y27E11122E11 2.1 tre 44Bang 2-2: Dữ liệu thu thập dé tính toán dòng chảy cho vùng ven biển tỉnh Sóc

Trăng dưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triỀU 2-2 + se+sz+xe+zxsrxczez 46Bang 3-1: Thông số mô hình vận chuyên bùn cát ¿2-2 2+£zzsz+sz£: 110Bảng 3-2: Vận tốc khai thác cát trung bình mỏ Tân An -¿ szs¿ 111Bảng 3-3: Thông số hiệu chỉnh mô hình -2¿- ¿2£ £+x++z++£x++zxe+zxezzed 115

Bang 3-4: Các kịch bản tính toán áp dung trong nghiên cứu - - «+ 117

Bang 3-5: Bộ thông số mô hình 2 2 2 E+E£+EE2+EE£EEEEEEEE2EEEEEerEerkerrerrxee 132

Bảng 3-6: Dữ liệu biên cho mô hình - 5 55 32 33+ ESEEEeeeeeserersererree 134

Bảng 3-7: Tọa độ vi trí VT1, VT2 và VT3 được trích Oe tr ctekerrrea 152

Hình 0-1: Phạm vi nghiên cứu

Hình 1-1: Dữ liệu địa hình được chuyền sang lưới cong

Hình 1-2: Dữ liệu địa hình được chuyển sang lưới vuông -: : 17

Hình 1-3: Kết quả so sánh giữa thực đo, Mike 21C và Mike 21 - 18

Hình 1-4: Lưới cong cấu trúc -:¿-222©V222+++2222222232222222211111 22221 erree 19 Hình 1-5: Lưới cong phi cấu trÚC -¿¿-©+2+22V++222E+++t£EEEE++tttEExrrerrrsrrrrrr 20 Hình 1-6: Thay đồi đáy sông sau thời gian mô phỏng -: -:c5s+2 25

Hình 1-7: Diễn biến lòng dẫn sông Cửu Long giai đoạn 1966-2003[101] 27

Hình 1-8: Các dự án khai thác cát trên sông Mekong ([80]) - 30

Hình 1-12: Biến động đường bờ giai đoạn từ năm 1989 — 2001 và 2009 - 2016 37

Hình 1-13: Một ví dụ của lưới tính trên tọa độ dé các (a) và tọa độ cong (b) 39

Hình 2-1: Khung định hướng nghiên cứu

Hình 2-2: Trình tự giải mô hình - - ¿55252 + +£++t+EEEeEerrkrkekrrrrkrkrkrree 72

Hình 2-3: Sơ đồ khối tính toán cho Call và Cal3 -: 22222ccce+cccczveer 79

Hình 2-4: Sơ đồ khối tính toán cho Cal2 và Cal4 -¿¿©z++22+zz++zzsscez 87 Hình 2-5: Sơ đồ khối tính toán Cho Cal5 ¿¿©2222z+2222vzzttvvvvverrrrvsree 92

Hình 3-1: Kết quả mực nước theo thời gian tại x = 0.25L (a), x = 0.5L (b) và x =

Mon 94

Hình 3-2: Kết quả vận tốc theo thời gian tai x = 0.25L (a), x = 0.5L (b) và x = 0.75L

cong (a), thí nghiệm của Shukry [82] (b) và kết quả tính toán trên kênh chữ U khi sử dụng mô hình thủy động lực trên hệ tọa độ ĐỀ các (C) cessvessvsssvessesssessvesseesseessesseess 97

Hình 3-4: Kết quả tính toán cho THIA bang Ng.GT (a) va bằng mô hình (b) 99

Hình 3-5: Kết quả tính toán cho THIB bằng Ng.GT (a) và bằng mô hình (b) 99

Hình 3-6: Kết quả tính toán cho THIC bằng Ng.GT (a) và bằng mô hình (b) 00 Hình 3-7: Kết quả tính toán tiếp tục đến 8,5 giờ cho THIA bằng Ng.GT (a) và bằng

MO hình (Đ) - ¿5£ 5+25+‡229292x2 2211273221211711 21122.111.111 re 01

Hình 3-8: Kết quả tính toán khi giảm khối lượng bùn và mở rộng vùng tính bằng

Ng.GT (a) va bang mé non 02

Hình 3-9: Mô ta địa hình và phạm vi tính toán ¿ - - + +5++++x+xsc+cvzx+x 02

Hình 3-10: Mặt cắt ngang vận tỐc -:¿-22++++222++2t2E221121227112222212ecerrrvee 05

Hình 3-11: Dòng chảy dọc bờ tính từ mô hình (góc sóng tác động 451) 06

Hình 3-12: Dòng chảy doc bờ tính từ mô hình Mike 2l -¿-¿-5-+ 06

Hình 3-13: Phạm vi tính toán cho đoạn sông Tiền chảy qua thị trấn Tân Châu 07

Hình 3-14: Hiện trang sat lở tinh An Giang [108] eee eens seseseneneeereeees 08

Hình 3-15: Lưới tính đoạn sông Tiền -¿:¿£22Vvvvvvz+tttEEErrvrrrrrrrrrrrrk 09 Hình 3-16: Kết quả hiệu chỉnh giữa lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm Tân

hau từ ngày 15/05/1999 đến cuối tháng 12/1990 - 2z¿+222+szrerrvscree 12

ình 3-17: Kết quả hiệu chỉnh giữa mực nước tính toán và thực đo tại trạm Tân

hâu từ ngày 15/05/1999 đến cuối tháng 12/1999.

ình 3-18: Bản đồ hệ số nhám khu vực Tân Châu.

Cc hau từ ngày 29/06/2001 đến 31/12/2001 c:¿-cc+z++2222vvvvcceczee 14

Hình 3-21: Kết quả hiệu chỉnh giữa bùn cát tính toán và thực đo tại trạm Tân Châu

từ ngày 15/05/1999 đến cuối tháng 12/1990 - -¿22+++22vvvzrrtrrvrrrrrrrvee 15 Hình 3-22: Kết quả kiểm định giữa bùn cát tính toán và thực do tai trạm Tan Châu

từ 29/06/2001 đến 31/12/2001 cccc:c¿:+cc¿c222222222222EEEEEEttrttrtrrrrrrrrrrrree 16

Hình 3-23: Kết quả tính toán trường vận tốc trích xuất lúc 9h ngày 24/09/1999 ứng

với lưu lượng lũ đạt Q = 22,7 x 10° mỶ/s (a) và 18 giờ ngày 22/09/2001 năm 2001 ứng với lưu lượng lũ đạt Q = 20,98 x 10° m/s (b) cccccccc+ccccvvsccee 18

Hinh 3-24: Két qua tinh toán dién bién đáy giai đoạn 1999 (a) - 2001 (b) (với giá tri

dH dương - bồi va dH âm — Xói) ¿- ¿2 + ©ESE+EE£EE+EE£E£EEEEEEEEEEEEEErEErrerkerree 118Hình 3-25: Kết quả mô phỏng địa hình đáy giai đoạn 1999 (a) đến năm 2001 (b) 119Hình 3-26: Mặt cắt I -1 năm 1999 đến năm 2001 cc¿¿cc++c+ccxesrrreez 120Hình 3-27: Mặt cắt 2-2 năm 1999 đến năm 2001 : c:¿+c+++e+cvvvsrrreed 121Hình 3-28: Dia hình do đạc đoạn sông Tiền qua thị xã Tân Châu năm 1999 (a) và

trường vận tốc tính toán được lúc đỉnh lũ 21 giờ ngày 29/09/2002 (b) 122Hình 3-29: Kết quả tính toán diễn biến đáy mùa lũ năm 2002 (a- với giá trị dH

dương - bồi va dH âm - x6i), kết qua địa hình mô phỏng được cuối năm 2002 (b)

theo KB 2a - -LL TQ HH HT TH 1g 122

Hình 3-30: Mặt cắt 1-1 năm 2002 - ¿ 2 2 SE+2E£2EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEECrkrrrrrrkee 124Hình 3-31: Trường vận tốc tính toán được lúc đỉnh lũ 21 giờ ngày 29/09/2002 (a)

khi tính trên hệ tọa độ vuông góc và trên tọa độ cong (b) Trong đó, Hình (a) được

tính toán từ nghiên cứu của Trần Thị Kim và các cộng sự [88] - 124Hình 3-32: Mặt cắt 2-2 năm 2002 - 2 £+SE+EE+EE2EEEEEEEEE2E1221271 71.21 E.crxe 125Hình 3-33: Kết quả tính toán diễn biến đáy mùa lũ năm 2002 khi có khai thác cát,

kết quả địa hình mô phỏng được cuối năm 2002 (b) theo KB 2b - 125Hình 3-34: Mặt cắt 1-1 khi có và không có khai thác cát -:-2- s-s+¿ 126Hình 3-35: Mặt cắt 2 -2 khi có và không có khai thác cát - 2-2: 126

Hình 3-36: Vùng tính toán (a) và lưới tính toán (b) 5< +++s++ssexsseesesss 130 Hình 3-37: Địa hình vùng tính foátn - «1h HH HH HH rệt 132

Hình 3-38: Bản đồ hệ số nhám -2¿- 2 +cttttEEtrrrtrttrrrtrtrirrrrriirreriie 133Hình 3-39: Kết quả mô phỏng năng lượng của các thành phan thủy triều K,, O¡, M;

Hình 3-41: Kết quả mô phỏng cân bằng năng lượng các thành phần thủy triều: Mạ,

S>, K¡ và O¡ (Đường màu cam biểu thị kết quả biến thiên năng lượng trong miền

(Et), đường màu xanh lá cây là năng lượng qua biên chat lỏng (W), đường mau

xanh biểu thi sự mat năng do ma sát đáy (D1) và màu đỏ là cân bằng năng lượng

(CW + D) -E) c2 HH HH HH1 Ha ườn 37 Hình 3-42: So sánh giữa tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Thanh (a) và tương quan tính toán và thực dO (D) St 2 HH1 HH HH HH ri 38 Hình 3-43: So sánh giữa tính toán và thực đo tại trạm Vũng Tàu (a) và tương quan

tính toán và thực do (b) -¿ -+- 2+ St 2.23 1 12212121210 111121 1 010111 1.rre 39

Hình 3-44: So sánh giữa tính toán và thực đo tại trạm Côn Đảo (a) và tương quan

tính toán và thực dO (D) ¿St ShSàkk22 HH HT TT HH HH HH ri 40

Hình 3-45: Hoa gió tại Sóc Trăng tháng 11 đến tháng 3 năm 2017 42

Hình 3-46: Kết quả mô phỏng dòng chảy gió GMĐB 22c 42 Hình 3-47: Hoa gió tại Sóc Trang thang 6 đến tháng 9 năm 2017 - 4

Hình 3-48: Kết quả mô phỏng dòng chảy gió GMTN - +5+55++ 44

Hình 3-49: Dòng ven bờ GÌMĐ «kh HH He 45 Hình 3-50: Dòng ven bờ GMTN 5c cv He 46

Hình 3-51: Dòng chảy trong pha triều dâng ¿-z2225szzevcc+s2 47

Hình 3-52: Dòng chảy trong pha triều rút -¿¿-222c+z222222vvvc+re+rrrrrxs 48

Hình 3-53: Dòng chảy tổng hợp trong pha triều dang trong GMĐB 49 Hình 3-54: Dòng chảy tông hợp trong pha triều rút đợt GMDB 150

Hình 3-55: Dòng chảy tông hợp trong pha triều dang đợt GMTN 50 Hình 3-56: Dòng chảy tổng hợp trong pha triều rút đợt GMTN 51

Hinh 3-57: Ba vi tri trich xuat 152 Hình 3-58: Giá trị vận tốc dòng chảy của từng yếu tố đơn và dòng chảy tổng hợp

trong GMĐB tại ba vị trí trích xuất 52 Hình 3-59: Giá trị vận tốc dòng chảy của từng yếu tố đơn và dòng chảy tổng hợp

trong GMTN tại ba vị trí trích XUAU n 54

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình xói lở, bồi tụ đang diễn ra khá mạnh mẽ trên toàn dải bờ biển, sông

ngòi nước ta và gây ra những thiệt hại không nhỏ về kinh tế - xã hội Hiện tượng

này là kết quả tương tác các quá trình phức tạp của các yếu tố thủy thạch động lực

học do các tác động nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh [108].

Với tính chất phức tạp của hiện tượng xói đáy, ngoài các công thức kinh

nghiệm, điều tra khảo sát hiện trường, các nhà khoa học tập trung vào hai phương

pháp là dùng mô hình vật lý và mô hình toán số [2, 18-20] Phương pháp mô hình toán đã được ứng dụng với độ tin cậy cao và đồng thời cũng đang được sử dụng một

cách phô biến hiện nay [19, 21] Phương pháp nay có ưu điểm là cho ta mô phỏng

và có tính đến khả năng dự báo Trong mô hình toán, khi giải các bài toán địa vật lý,

một trong những khó khăn đã gặp phải là sự hiện hữu của vùng bờ có địa hình phức tạp, và phương pháp giải rộng rãi là chia vùng bờ thành những đoạn nhỏ song song

với trục tọa độ vuông góc (x,y), nhược điểm của phương pháp này là lời giải bị sai

nhiều ở vùng ven bờ vì vận tốc tại ô sát bờ theo phương x và y sẽ bằng 0 (do tính chất vuông góc) Đề giải quyết van dé trên, người ta có thể chuyền bài toán sang tọa

độ cong (,n) dé tinh Theo phương pháp này, vì trường vận tốc được tính toán trên

lưới cong (là lưới thường được xây dựng phỏng theo các đường bờ) nên kết quả mô

phỏng ở những khu vực có địa hình phức tạp tốt hơn đo vẫn tồn tại một vận tốc cho những 6 sát bờ theo phương & (vận tốc theo phương rậ bằng 0) [91].

Bên cạnh các yếu tố thủy động lực tự nhiên, diễn biến luồng lạch còn chịu

ảnh hưởng do các hoạt động dân sinh kinh tế, điển hình như hoạt động khai thác cát

ở thượng lưu [2, 23, 24] Sông Mekong là một trong những con sông lớn trên thế

giới, với lưu vực khoảng 795.000 km’, và chiều dài khoảng 4350 km Dòng chính

của sông Mekong chảy qua 6 quốc gia gồm: Trung Quốc, Myanmar, Thái Lan, Lào,

Campuchia và Việt Nam [25] Trong những năm gan đây, tổng lượng cát đổ vào

Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) (6,17 triệu tan năm + 2,01 triệu tắn năm) thấp

hơn nhiều so với tốc độ khai thác cát hiện tại (50 triệu tắn năm) Tại Việt Nam, khu

vực có trữ lượng khai thác cát lớn là khu vực biên giới Việt Nam — Campuchia,

đoạn sông Tiền chảy qua An Giang và Đồng Tháp Trên địa bàn An Giang, hiện có

11 mỏ cát đang hoạt động theo Quyết định số 1697/QD - UBND ngày 18/7/2018của UBND tỉnh An Giang Các hồ cát đã làm thay đổi trục động lực trong khu vực,

từ đó dẫn đến sự thay đôi lòng sông [23]

Tại khu vực cửa sông ven biển vùng ĐBSCL, nơi đây chịu tác động củasóng, gió và thủy triều Trong thành phần của dòng chảy tổng hợp khu vực cửa sôngven biển cửa sông Hậu, thành phần dòng ven bờ do gió và sóng không chiếm nhiều

tỉ lệ, tuy nhiên, các yếu tố này lại có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến xu thế vậnchuyên bùn cát trong khu vực Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam, vùng cửa sông, venbiển phía biển Đông xu thế bồi tụ là chủ yếu, hiện tượng xói lở ít xảy ra Hiện tượngxói lở khu vực này bắt đầu vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc Điều này thì ngược lạiđối với vùng cửa sông ven biển phía biển Tây [102] Tuy nhiên, đứng trước nhữngnguy cơ thách thức lớn làm ảnh hưởng đến sản xuất và dân sinh vùng đồng bằng dobiến đổi khí hậu - nước biển dâng cùng với các tác động do phát triển ở thượng lưu(xây đập, khai thác cát ), chế độ thủy lực của khu vực cửa sông ven biển vùngĐBSCL có nhiều thay đổi phức tạp, từ đó, lượng phù sa đồ về vùng của sông nàycũng thay đổi đáng kế [112]

Từ các phân tích trên, đề tài 'Xây dựng mô hình thủy động lực, vận chuyểnbùn cát và hình thái đáy trong hệ tọa độ cong — Ap dung tính toán cho một sốtrường hợp ở Đồng Bằng sông Cửu Long” được đề xuất thực hiện nhằm xây dựng

được mô hình thủy động lực, vận chuyền bùn cát và hình thái đáy trong hệ tọa độ

cong, là công cụ phục vụ quản lý rủi ro thiên tai và tìm các giải pháp ngăn ngừa,

giảm thiểu rủi ro do sạt lở cũng như quy hoạch tài nguyên môi trường và kinh tế xã

hội trong khu vực Mô hình sau khi được xây dựng sẽ áp dụng tính toán cho hai

trường hợp điển hình là:

(1) Khu vực sông Tiền đoạn chảy qua thị tran Tân Châu là một trường hợpđược ứng dụng tính toán diễn biến đáy dưới ảnh hưởng của khai thác cát

(2) Tính toán dòng chảy tổng hợp cho khu vực cửa sông Hậu và vùng ven

biển khu vực Đồng bằng sông Cửu Long dé đánh giá độ tin cậy của module thủyđộng lực (có xét đến ảnh hưởng của sóng và gió)

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tong quát

Xây dựng được module thủy động lực, vận chuyên bùn cát và hình thái đáytrong hệ tọa độ cong - ứng dụng tính toán cho một số vùng thuộc Đồng Bằng sôngCửu Long: (1) khu vực thượng lưu: đoạn sông Tiền chảy qua thị tran Tân Châudưới ảnh hưởng của khai thác cát và (2) khu vực hạ lưu: vùng ven biển Sóc Trăngdưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triều

2.2 Mục tiêu cụ thể

Từ mục tiêu tông quát, đê tài triên khai các mục tiêu cụ thê như sau:

e Xây dựng được mô hình thủy động lực, vận chuyền bùn cát và hình

thái đáy trong hệ tọa độ cong.

e© Ứng dụng mô hình để tính toán hình thái đáy cho đoạn sông Tiền

chảy qua thị trấn Tân Châu dưới ảnh hưởng của khai thác cát;

e© Ung dụng mô hình để tính toán dòng chảy vùng ven biển Sóc Trăng

dưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triều.

3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu này được thực hiện với các nội dung như sau:

Nội dung 1: Xây dựng mô hình thủy động lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy

trong hệ tọa độ cong.

— Nghiên cứu cơ sở lý thuyết mô hình thủy động lực học và vận chuyên bùncát 2D trên hệ tọa độ đề các: hệ phương trình Reynolds, vận chuyên bùn cát lơ lửng

và liên tục bùn cát đáy, trong đó: Hệ phương trình Reynolds có xét đến ảnh hưởng

của thủy triều, sóng và gió; phương trình liên tục bùn cát đáy: có sự hiện diện củanguồn khai thác cát.

— Nghiên cứu chuyên các phương trình thủy động lực, vận chuyên bùn cát lơlửng và liên tục bùn cát đáy trên hệ tọa độ đề các sang tọa độ cong (š,r) và xây

hưởng của khai thác cát

— Thiết lập mô hình thủy động lực, vận chuyên bùn cát và hình thái đáy: Lướitính, điều kiện ban đầu và điều kiện biên

— Hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình thủy động lực, vận chuyền bùn cát và

hình thái đáy.

— Xây dựng các kịch bản tính.

— Mô phỏng hình thái đáy đoạn sông Tiền chảy qua thị tran Tân Châu dưới anh

hưởng của khai thác cát ứng với các kịch bản tính.

Nội dung 3: Ung dụng mô hình thủy lực dé tính toán dòng chảy vùng ven biển SócTrăng dưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triéu

— Thiết lập mô hình thủy động lực: Lưới tính, điều kiện ban đầu và điều kiện

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy trong hệ tọa độ

của khai thác cát hoặc nạo vét và diễn biến đáy vùng cửa sông ven biên.

Trong nghiên cứu nay, mô hình sé ứng dụng trong phạm vi:

- Khi áp dụng tính toán cho khu vực thượng lưu sông (khu vực 1- Hình 0-1):

có tính đến ảnh hưởng của khai thác cát Khu vực áp dụng là đoạn sông Tiền

(khoảng 15km), chảy qua Tân Châu, tỉnh An Giang, đây là khu vực uốn cong như

khúc khuỷu tay, có diễn biến luồng lạch phức tạp.

- Khi áp dung tính toán cho khu vực ven biển (khu vực 2- Hình 0-1): có tính

đến ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triều Khu vực áp dụng tính toán là vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng với các vùng phụ cận với chiều dài khoảng 300 km và chiều

rộng tình từ đường bờ ra khơi khoảng 160 km Khu vực nghiên cứu cho luận án được trình bày như trong Hình 0-1.

BAN DO KHU VỰC NGHIÊN CỨU

400000 500000 eos ogo 800000 900000 1000000

4 4 +

i i %

3 ị

Hay ba cv, oy ~~ "¬ bXanh Dương i

> Cam Pu Chia hae i |»

& i i Ỉ Ỉ —==== Ranh giới tinh _

Hình 0-1: Pham vi nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài nghiên cứu

5.1.Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc góp phan phát trién mô hìnhtoán mô phỏng các quá trình thủy động lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy

Trong mô hình toán, một trong những khó khăn gặp phải là sai số ở những khu

vực có địa hình phức tạp, và phương pháp giải thông thường là chia vùng bờ thành

những đoạn nhỏ song song với trục tọa độ vuông góc (x,y), nhược điểm của phươngpháp này là lời giải bị sai nhiều ở vùng ven bờ (vận tốc vùng ven bờ bị triệt tiêu)

Đề giải quyết van đề trên, người ta có thể chuyền bài toán sang tọa độ cong (E,n) détính Theo phương pháp này, vì trường vận tốc được tính toán trên lưới cong (là lướithường được xây dựng phỏng theo các đường bờ) nên kết quả mô phỏng dòng chảy

ở những khu vực có địa hình phức tạp tốt hơn

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Mô hình toán xây dựng được có thê triển khai ứng dụng tính toán bồi xói đáy

ở các khu vực sông và vùng ven biển Việt Nam phục vụ cho các nghiên cứu chuyênsâu phục vụ cho quản lý rủi ro, thiên tai va tìm các giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểurủi ro do sạt lở cũng như quy hoạch tài nguyên môi trường và kinh tế xã hội trong

khu vực

Sự hiện diện của nguồn khai thác cát trong mô hình tính toán hình thái đáy sẽ

là công cụ đắc lực cho việc mô phỏng diễn biến đáy khi có hoạt động khai thác cátcũng như hoạt động nạo vét bùn thải, từ đó, hỗ trợ tốt cho công tác quy hoạch khai

thác cát, quản lý rủi ro thiên tai do sạt lở và quản lý môi trường.

6 Tính mới của luận án

Luận án này tập trung phát triển mô hình thủy động lực, vận chuyền bùn cát vàhình thái đáy trong hệ tọa độ cong nhằm giảm thiểu sai số ở những khu vực sát bờ.Hon vậy, trong mô hình hình thái đáy, nguồn khai thác cát đã được phát triển trongphương trình liên tục bùn cát và diễn biến đáy dé kết quả tính toán hình thái đáy phùhợp với thực tế hơn, mà hiện nay trong phần lớn các mô hình hiện hữu vẫn chưa cónguồn này Đây là công cụ đắc lực phục vụ quản lý rủi ro thiên tai và tìm các giảipháp ngăn ngừa, giảm thiểu rủi ro do sạt lở cũng như quy hoạch tài nguyên môitrường và kinh tế xã hội trong khu vực

CHUONG 1 TONG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CUU

1.1 Tinh hình nghiên cứu ngoài nước

1.1.1 Sự phát triển cia mô hình 2D

Đôi với bài toán biên đôi đáy ở khu vực ven biên, mô hình 2 chiêu cân thiệt được sử dụng như là một công cụ dé tính toán Bài toán một chiêu không giải quyét

được bài toán biến đổi đáy ở khu vực ven biên [26-28]

(1) Mô hình MIKE 2D (thuộc nhóm mô hình Mike của DHI): được xây

dựng tích hợp rất nhiều công cụ, đã giải quyết khá tốt các bài toán bồi xói trong

sông [117] Module này được xây dung dựa trên phương trình Navier-Stokes 2

chiều trung bình với hệ số Reynolds không nén kết hợp độ sâu với các giả địnhBoussinesq và áp suất thủy tĩnh Do đó, mô hình bao gồm các phương trình liên tục,

động lượng, nhiệt độ, độ mặn và mật độ và nó được đóng kín với các sơ đồ rối Đối

với mô hình 3D, sử dụng phương pháp chuyên đổi tọa độ sigma MIKE 21 FlowModel EM dựa trên lưới tính linh hoạt, phối hợp giữa ô lưới hình tam giác và ô lướihình chữ nhật, được phát triển cho các ứng dụng trong môi trường hải đương học,ven bién và cửa sông, có thể được áp dụng cho các nghiên cứu về lũ lụt trên đấtliền N goài sử dụng hệ tọa độ dé các, mô hình dòng chảy cũng hé trợ hệ tọa độ

cong, module Mike 21C, được coi là một công cụ mô phỏng mạnh và có độ chính

xác cao MIKE 21C có kha năng tính mô phỏng chế độ thủy lực của dòng chảy, tínhtoán bồi, xói lòng dẫn, sạt lở bờ và dự báo dài hạn Tuy nhiên, theo nghiên cứu mớiđây của Masih Zolghadr (2021), sự mô phỏng khai thác ở các hồ cát theo thời gian

vẫn chưa mô phỏng được trong mô hình này [29] Mô hình Mike hiện tại được sử

dụng khá phổ biến trên thế giới [30-35]

(2) Delft (DELFT2D): được phat trién boi Deltares (Vién Thuy luc Delft Ha

Lan) Module thủy lực va phù sa lơ lửng mô phỏng sóng va dòng chảy dựa trên

phương trình nước nông và phương trình tải khuếch tán, được giải bằng phươngpháp sai phân hữu hạn Mô hình tính toán được diễn biến đáy theo thời gian

Module sóng trong mô hình DELFT được sử dụng dé tính toán phổ sóng, sóng được

diễn tả với phổ mật độ tác động sóng 2 chiều, ngay cả trong trường hợp các hiệntượng phi tuyến lấn at (ví dụ trong vùng sóng vỡ) [13, 115, 116]

(3) Mô hình TELEMAC: được bắt đầu phát triển từ năm 1987 do Tập đoànĐiện lực Pháp (EDF) chủ trì cùng với sự tham gia của nhiều tô chức nghiên cứutrên thé giới Mô đun mô phỏng dòng chảy, chuyên tải bùn cát và diễn biến đáy baogồm: TELEMAC2D/3D, SISYPHE [36] Day là mô hình được phát triển bởiphòng thí nghiệm thủy lực quốc gia EDF-DER (Chatou, Paris), thuộc Electricite deFrance’s Research and Development Division Mô hình đã được dùng để khảo sát

và dự báo vận chuyên trầm tích ở nhiều nước như Jordan, Egypt, Lebanon, Tunisia,

Turkey TELEMAC mô phỏng dòng chảy 2D theo hệ phương trình nước nông, có

tính đến các ảnh hưởng phi tuyến, ma sát mặt, ma sát đáy, và nhớt rỗi Mô hình

cũng tinh cho cả trầm tích kết dính và không kết đính, nhưng không đồng thời môphỏng hai đặc tính này trong cùng một mô hình Mô hình cũng tính cho cả trầm tíchkết dính và không kết dính, nhưng không đồng thời mô phỏng hai đặc tính nàytrong cùng một mô hình Trong phiên bản TELEMAC 2021 (phiên ban Gaia), yếu

tố khai thác cát đã được tích hợp trong mô đun diễn biến đáy để cải thiện kết quả

mô phỏng sát với thực tế hơn [37]

(4) Mô hình động lực SMS (Surface Water Modeling System): là một mô

hình thương mại, được phát triển bởi WES (Waterways Experiment Station) và

Army Corps of Engineers, Hoa Ky Trong mô hình có các module tính dong chảy,

van chuyên tram tích bằng phương pháp phan tử hữu han Module van chuyên tramtích SED2D được xây dựng bởi Ranjan Ariathurai (1974) và phát triển thêm bởiR.B Krone and Davis (1977) Qua nhiều giai đoạn phát triển, đến 1995, nó đãtương đối hoàn chỉnh và mang tên SED2D [1] Đến năm 2000, nó được bổ sungthêm nhiều quá trình, trong đó có thêm phan tram tích kết dính, thêm tính xốp bởi

WES và trở thành một module trong SMS Nghiên cứu của Mohamed A Gad

(2103) đã chỉ ra rằng mô hình SMS có thể tính toán cho đáy là cát hoặc bùn sét,

cũng như TELEMAC, mô hình này cũng chỉ mô phỏng độc lập cho từng loại vật

chất kết dính hay không kết dính [3]

(5) Mô hình RMA-2: được phát triển bởi Norton, King and Orlob (1973), Kỹ

sư tài nguyên nước, cho Quận Walla và được chuyền giao vào năm 1973 Modulethủy lực dựa trên phương trình Navier-Stokes 2 chiều trung bình theo chiều sâu,trong đó, ma sát được tính toán bằng công thức Manning Mô hình này chỉ mới pháttriển cho tính toán thủy lực mà chưa xét đến vận chuyền bùn cát và diễn biến đáy

[3 4].

(6) Mô hình thủy lực CCHE2D: có khả năng mô phỏng đặc tính thủy động

lực học hai chiều do Jin và Wang năm 1999 phát triển [21] Mô hình này đượctrường đại học công nghệ Mississippi phát triển nhăm mô phỏng quá trình truyềnthuỷ lực, chất lượng nước, vận chuyền bùn cát và biến động lòng dẫn Mô hình gồm

3 hợp phần (mô đun) chính: Mô hình tạo lưới (CCHE2D Mesh Generator): tạo lướigiá tri trên hệ tọa độ cong Mô hình số (CCHE2D Numerical model): tính toán quátrình thủy lực Mô hình giao diện đồ họa (CCHE2D- GUI Graphical UsersIntreface): nhập các thông số mô hình và số liệu đo đạc [38] Các ô khô/ướt đượctính toán tự động, mô hình thủy lực, phù sa lơ lửng và diễn biến đáy dựa trênphương trình Navier-Stokes 2 chiều trung bình theo chiều sâu, phương trình tải vàkhuếch tán và công thức kinh nghiệm Đặc biệt, mô hình này có xét đến dòng chảythứ cấp trong sông cong, tuy nhiên, các yếu tố về nạo vét và khai thác cát vẫn chưa

được tích hợp trong mô hình này [38].

(7) Mô hình FLUVIAL 12: mô hình thủy động lực và vận chuyền bùn cát sử

dụng phương pháp sai phân hữu hạn trong hệ tọa độ cong do Chang phát triển

(1998) Nó xét đến các ảnh hưởng của chế độ thủy lực, vận chuyển bùn cát, và sựthay đôi của lòng sông đối với từng thời đoạn của dòng chảy Đến năm 2008, Changphát triển tính toán biến đổi đáy sông kết hợp với bài toán tính vỡ và loại bỏ đập

[39].

(8) Mô hình SUTRENCH-2D: do Van Rijn và Tan phát triển (1985), môphỏng vận chuyên bùn cát và sự biến đổi đáy trong điều kiện kết hợp của dòng chảy

[20, 40, 41] Mô hình nay được hoàn thiện tính toán bùn cát kết dính ving cửa sông

đến năm 2007 Về tính toán cho bùn cát hỗn hợp và kết dính thì vẫn chưa được phát

triển trong mô hình nảy [41].

(9) Mô hình TABS-2: được Thomas và McAnally phát triển năm 1985 Môhình này có thể áp dụng tính toán thủy lực và vận chuyên bùn cát cho sông, hồ chứa

và cửa sông, có tính cho cả bùn cát kết dính và không kết dính [42]

(10) Mô hình SERATRA (Sediment and RAdionuclide TRAnsport): M6

hình này được phat triển bởi Onishi va Wise (1982) Trong mô hình nay, modulethủy động lực dựa trên phương trình nước nông còn mô hình vận chuyên bùn cátdựa trên phương trình khuếch tán-đối lưu có kết hợp với hàm nguồn Diễn biến đồixói sẽ được tính toán tự động dựa trên ứng suất tới hạn xói và ứng suất tới hạn bồi

Mô hình có thé tính toán được lượng tram tích đến và đi trong một thời gian dai, tuy

nhiên, ảnh hưởng cục bộ như khai thác cát thì chưa được xem xét [43].

(11) Mô hình MOBED2 (Mobile BED): Mô hình này được phát triển bởiSpasojevic va Holly (1990) Module thủy động lực học và vận chuyền bùn cát đượcthiết lập dựa trên phương trình nước nông, tải — khuếch tán, diễn biến đáy trên hệtọa độ cong Mô hình này chỉ tính toán được ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên lêndòng chảy, vận chuyên bùn cát và diễn biến đáy trong hồ chứa, cửa sông và venbiển [44]

(12) Mô hình ADCIRC (ADvanced CIRCulation): được phat triển bởiLuettich và cộng sự (1992) [45] ADCIRC là một mô hình nước nông hai chiều với

hệ phương trình động lượng và liên tục trung bình theo chiều sâu Đối với moduletính toán diễn biến đáy, mô hình này có thể tính toán cho bùn cát kết dính ở khu vựcsông và cửa sông bằng công thức thực nghiệm [7] Mô hình đã áp dụng tính toándiễn biến đáy cho vịnh Matagorda, Texas [8]

(13) Mô hình UNIBEST- TC (UNIform BEach Sediment Transport—

Transport Cross-shore): được phat triển bởi Bosboom va cộng sự (1997) [46] Môhình này dựa trên các phương trình thủy động lực hai chiều trung bình theo chiều

sâu, vận chuyền bùn cát lở lửng và diễn biến đáy Đối với module vận chuyển bùncát lở lửng và diễn biến đáy, mô hình này chỉ tính cho loại bùn cát không kết dính.Module sóng được thiết lập dựa trên cách tiếp cận của Battjes va Janssen (1978)[15] Sự phan bố theo chiều đọc của vận tốc dòng chảy được xác định bằng cáchtiếp cận Quasi-3D của Reniers et al (2004) [5] Dựa trên ảnh hưởng của các yếu tôcủa sóng, thủy triều và gid, ma vận tốc dọc bờ và dọc bờ được tính toán Mô hình đã

áp dụng và cho kết quả tốt cho nghiên cứu tác động của các công trình lên cảng

Kelantan Harbor, Malaysia.

(14) Mô hình USTARS (Unsteady Sediment Transport models for Alluvial

Rivers Simulations): được phát trién bởi Lee và cộng sự (1997) [47] Mô hình nàyđược xây dựng dựa trên lý thuyết về ống dòng của Lee và cộng sự Module thủyđộng lực và vận chuyền trầm tích đáy (chưa tính cho loại bùn cát kết dính) đượcgiải bằng phương pháp sai phân hữu hạn Mô hình này ứng dụng tính toán tốt chocác diễn biến đáy sông và các quá trình vận chuyền trầm tích và biến đổi đáy ở sông

Keelung, Đài loan.

(15) Mô hình FLUVIAL 12: Mô hình này được phát triển bởi Chang (1998).

Module thủy động lực học và vận chuyên bùn cát được xây dựng trên hệ tọa độcong cho phép mô phỏng các tác động tổng hợp của thủy lực dong chảy, chuyên tảitram tích và sự thay đổi đáy sông theo thời gian Mô hình mô phỏng diễn biến đáyvới những thay đổi trong cấu tạo lòng kênh, chiều rộng và thành phần lớp trầm tíchgây ra bởi độ cong kênh trong không gian 2 chiều Ưu điểm của mô hình này là cácsai số ở đường bờ được giảm thiểu do lưới tính bám sát địa hình thực tế, tuy nhiên,

mô hình chỉ áp dụng trong những đoạn sông cong mà chưa tính được cho vùng cửa

sông ven biên cũng như chưa tính toán cho bùn cát kết dính [6, 14]

Bên cạnh đó còn có các phần mềm khác như TUFLOW (Trường DHQueensland — Australia), Theo Papanicolaou AN (2008), sự phát triển của một số

mô hình trên thế giới được tóm tắt như Bang 1-1 sau [41]

Bảng 1-1: Sự phát triển của một số mô hình trên thé giới

Có

Vận Vận tính

Loại : > Bun Bun „

ST chuyên | chuyên - „ đên

MIKE 21: Danish acronym of

the word microcomputer; | Không

Modeling System): duoc phat

triển bởi WES (Waterways | Không

CCHE2D: The Natonal

Center for Computational

SUTRENCH- 2D:

SUspended sediment On

8 - ; Có Có Không | Không | Không

transport in TRENCHes; Van dinh Rijn va Tan (1985) [50]

TABS-2; Thomas and | Không

MOBED2: Mobile BED

Các mô hình thủy lực hai chiều hiện hữu được xây dựng dựa trên hệ phươngtrình động lượng và liên tục đã được tích phân theo chiều sâu Trong khi đó, môhình vận chuyển bùn cát hai chiều thì được xây dựng dựa trên hệ phương trình vậnchuyên bùn cát đã tích phân theo chiều sâu có xét đến hàm nguồn Tat cả các môhình có thể dự báo tổng tải lượng vận chuyển bùn cát; nhưng chỉ MOBED2,USTARS, FLUVIAL 12 và CCHE2D có thể tính toán vận chuyển bùn cát liênvùng, sự mất đi của tải lượng bùn cát đáy theo thời gian dài DELFT-2D vàFAST2D cũng có thé tính toán khi tách tổng tải lượng tram tích thành tải lượng đáy

và tải lượng lơ lửng, nhưng chúng được giới hạn khi các hạt trầm tích là đồng nhất

Hạn chế:

Một điểm đáng lưu ý là phần lớn các phần mềm vẫn chưa tính toán đến khaithác cát theo thời gian Các mô hình hiện nay hầu như đều được tích hợp công nghệGIS cho phép hiển thị, mô phỏng các quá trình một cách trực quan và sinh độnghơn Tuy nhiên các phần mềm này là phầm mềm thương mại, giá thành cao Bêncạnh đó, việc sử dụng các phần mềm thương mại sẽ hạn chế tính kết nối hệ thống

trong trường hợp ứng dụng các mô hình đề kết nối dữ liệu quan trắc tự động hoặc

cảnh báo sớm.

1.1.2 Ung dụng các mô hình tọa độ cong 2D

Dé mô phỏng vận chuyển bùn cát đáy trong bài toán hai chiều, ta tập trungvào hai thành phan: thủy động lực dé nghiên cứu sự di chuyên của chất lỏng trongsông, kênh và khu vực ven biển được mô phỏng và tính toán dựa trên lý thuyết củaphương trình nước nông; và vận chuyên bùn cát đáy dựa trên lý thuyết về phương

trình chuyền tải bùn cát lo lig va bùn cát đáy [51, 52] Tuy nhiên, mô phỏng xói lởvan là một van dé thách thức, vì dong chảy của nước và bùn cát di qua các kênhthay đổi liên tục theo thời gian, và vật liệu bờ trong tự nhiên thường đa dạng Điềunày làm hạn chế độ chính xác của mô hình số, những mô hình này thường đượchiệu chỉnh và áp dụng dé mô phỏng một cách cụ thê, lý tưởng hóa thể hiện các hệthống sông ngòi tự nhiên [53] Ngoài ra, chi phí về thời gian (tính toán) và tài chính

dé thực hiện cho bài toán mô phỏng cũng rất lớn, đặc biệt đối với các lưu vực sônglớn và có địa hình phức tạp Đặc biệt, đối với các đoạn sông chia nhánh (braided

river), như sông Mê Kông, thì sự phức tạp của bài toán van đang là thách thức lớn

đối với các nhà khoa học thế giới, do đó, khó có thể đưa ra một tiếp cận nào đúngcho mọi trường hợp Mặc dù còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện hơn, mô hình số vẫnđược sử dụng rất phổ biến cho các bài toán tính toán vận chuyển phù sa Yếu tố chiphối về thời gian tính toán của của mô hình phụ thuộc vào phương pháp giải, lưới

tính và bước thời gian tính.

Về lưới tính, Giasemi G Morianou, 2016 [54] đã nghiên cứu về hai mô hình

tính toán thủy lực là MIKE 21 (lưới vuông) va MIKE 21C (lưới cong) được sử dụng

dé tính toán cho dòng chảy hạ lưu sông Koiliaris ở Crete-Greece Mục dich củanghiên cứu là so sánh tiềm năng mô phỏng của hai mô hình MIKE 21 và MIKE21C Mô hình MIKE 21C được phát triển riêng cho mô phỏng không gian 2 chiềucủa dòng chảy và biến đổi địa hình trong sông Mô hình này được phát triển dựatrên hệ tọa độ lưới cong trực giao và bao gồm hai phần : (a) phan thủy động lực hocdựa trên phương trình Saint-Vernant và (b) sự biến đổi địa hình dựa vào mô phỏng

sự chuyền tai bùn cát Ngược lại với mô hình MIKE 21C, mô hình MIKE 21 dựa

trên hệ tọa độ lưới vuông Sự khác biệt giữa lưới cong và lưới vuông là đường lưới

cong dịch chuyên theo đường bờ, điều này cung cấp độ phân giải tốt hơn của dòngchảy gần biên tính toán Trong nghiên cứu này, độ dày của lưới cong, của mặt cắt

hạ lưu sông Koiliaris, được tạo bởi 10000 x 25 ô lưới Dữ liệu địa hình, chi với hệ

tọa độ và độ dâng của mực nước biển được thiết lập dựa trên DEM và được chèn

vào lưới cong và sau đó là lưới vuông như Hình 1-1va Hình 1-2 dưới.

Quá trình hiệu chỉnh dựa trên số xấp xi Manning va hằng số nhớt rối (Eddy

Viscousity) giúp cho kết quả có sự tương quan tốt với dữ liệu đo đạc Ba hệ số

thống kê được tính toán phục vụ cho việc hiệu chỉnh các mô hình gồm: Hệ số

Nash-Sutcliffe (NSE), hệ số RSR và PBias (%) Đối với mô hình lưới cong (MIKE 21C)

hệ số NSE là 0,71, hệ số RSR là 0,53 và hệ số PBias là -4,09 còn đối với mô hìnhlưới vuông (MIKE 21) thì hệ số NSE là -7,6, hệ số RSR là 2,92 và PBias là -23 đốiVới su so sánh giữa tính toán và thực do tại trạm Agios Georgios Điều này chỉ rarằng mức độ mô phỏng của MIKE 21C tốt hơn so với MIKE 21 (Hình 1-3) Mụcđích của nghiên cứu là nhằm so sánh hai mô hình lưới cong và lưới vuông Điểmkhác biệt giữa hai lưới tính là đường lưới của lưới vuông di chuyên theo đường bờcủa con sông, cung cấp độ phân giải tốt cho dòng chảy gần biên Kết quả mực nướccủa hai mô hình được so sánh với trường dữ liệu thực đo và ba hệ số thống kê cho

thấy rằng mô hình tính dựa trên lưới tính cong cho kết quả phù hợp hơn với trường

đo đạc Ngoài ra, lưới vuông chỉ cần bước tính nhỏ hơn nên sẽ dễ dàng đạt trạnhthái 6n định hơn, và tốc độ tính toán nhanh hơn (20 giờ tính toán so với mô hình

lưới cong) và khả năng lưu trữ lớn hơn.

—— Thựcđo —— Mô phỏng từ —— Mô phỏng từ 2.2 Mike 21C Mike 21

Hình 1-3: Kết quả so sánh giữa thực do, Mike 21C và Mike 21

Mô hình Mike 21C được ứng dụng khá rộng rãi và cho những kết quả tối ưu[55-58] Một mô hình tọa độ cong khác là CCHE2D được sử dụng dé nghiên cứu sựlắng đọng và bồi lap ở các con sông Dé tính toán diễn biến đáy, các công thức thực

nghiệm khác nhau (Armanini and Di Silvio và Van Rijn) đã được sử dụng va so

sánh kết quả tính toán khi áp dụng công thức này với kết quả mô hình số Kết quả

mô phỏng cho thay mô hình này tính toán khá tốt diễn biến lòng dẫn và có thé ứng

dụng cho các mục đích thiết kế [59]

Xu hướng sử dụng lưới cong tăng lên với các sơ đồ số khác nhau, bao gồm cả

sơ đồ phần tử hữu hạn và sai phân hữu hạn [60] Trong các mô hình đại dươngPrinceton, MICOM, MITgcm, ROMS và UnTRIM, Mike , miền tinh toán đượcchuyền về lưới cong dé tối ưu hóa kết quả tính toán Kết quả tính toán bằng lướicong cho thấy kết quả tính đạt độ hội tụ cao cho tất cả các mô hình tính

Hamidreza Shirkhani và cộng sự đã phân tích kết quả giữa cho lưới cong cócau trúc (Hình 1-4) và phi cấu trúc (Hình 1-5) thì kết quả không cho thấy sai lệchđối với miền tính lớn, hơn vậy, lưới cong cấu trúc (hình chữ nhật) tối ưu hóa thờigian tính toán và độ hội tụ cao hơn lưới C phi cấu trúc [61-64]

Bồi xói đáy, ngoài yếu tố tự nhiên còn bởi ảnh hưởng bới các hoạt động kinh

tế xã hội Bandita B (2018) đã nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng mô hình số đãđược phát triển dé ước tính sự di chuyên cát đến các mỏ khai thác đã khai thác [65].Phương trình thủy động lực nước nông một chiều và phương trình bảo toàn khốilượng trầm tích của vật liệu đáy dé vận chuyền trầm tích đáy cân bằng đã được sử

dụng dé mô phỏng nền kênh Ở đây, người ta đã nghiên cứu ứng dung vận chuyênbùn cát bằng các công thức thực nghiệm khác nhau, công thức của Van Rijn (1984)cho thay kết qua phù hợp nhất [66] Thời gian mô phỏng trong 22 năm, lượng tramtích khi vào hồ bồi tụ và làm khôi phục lại hé khai thác Tuy nhiên, việc ảnh hưởngbởi việc lấy cát ngay tại thời điểm khai thác cát vẫn chưa được tính toán

Hình 1-5: Lưới cong phi cấu trúc

Chi tiết hơn, AbedinMohammad-Hosseinpour (2022) đã đánh giá tương táccủa sông cong và ảnh hưởng của khai thác sỏi đến biến hình lòng dẫn bằng mô hìnhCCHE2D Một tham số delta A (A: độ sâu rãnh lớn nhất có hồ trừ đi độ sâu rãnh lớnnhất không có hố) được xác định là hiệu ứng ròng của hồ khai thác sỏi Kết quả chothấy độ sâu của hố ảnh hưởng đến lòng dẫn đối với cả kênh thang và kênh cong.Bên cạnh đó, tại những đoạn cong, dòng chảy mạnh lên và dòng thứ cấp cũng gópphần làm tăng vận tốc dòng chảy Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ mới bước đầu thực

hiện của các đoạn sông giả định với các kích thước khác nhau mà chưa áp dụng cho

những đoạn sông thực tế [67]

MasihZolghadr (2021) đã nghiên cứu ảnh hưởng khi có hồ khai thác cát trongcác kịch bản khác nhau bang mô hình Mike21C Phạm vi nghiên cứu là sông Hellehvới thời gian tính là 25 năm Ảnh hưởng của việc khai thác cát sỏi trên cầu tại khu

vực này đã được nghiên cứu Kêt quả cũng chỉ ra răng đôi với đợt lũ có thời gian

số trong quá trình tính và tăng độ hội tụ của nghiệm Tuy nhiên, hiệu quả mô phỏngphụ thuộc nhiều vào địa hình đo đạc và các đữ liệu đầu vào trong tính toán Mộtđiểm đáng lưu ý là hầu như các mô hình vận chuyên bùn cát hiện hữu được xâydựng để đánh giá diễn biến đáy dưới ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên, trongkhi đó, việc phát triển mô hình có tích hợp yếu tố nhân sinh (nạo vét hay khai tháccát) thì vẫn còn hạn chế.

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.1 Các mô hình 2D

(1) Mô hình Delta của Nguyễn Tat Dac: là phần mềm mô phỏng dòng chảy

và chất lượng nước trên hệ thống kênh sông được phát triển và kế thừa các phầnmềm VRSAP, SAL, SALBOD, đồng thời chọn lọc và học hỏi các ưu điểm của các

phần mềm nước ngoài như Mike I1, Ecolab, ISIS [100].

(2) Mô hình VRSAP (Vietnam River System And Plains) của Nguyễn Nhu Khuê (tiền thân là mô hình FRSAL): Đây là mô hình tính toán thủy văn — thủy lực

của dòng chảy một chiều trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khuchứa khác Trong quá trình áp dụng, VRSAP được cải tiến, phát triển liên tục vàđược thêm phần tính lan truyền mặn vào năm 1988 VRSAP được nhóm mô hìnhcủa Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam liên tục phát triển và bỗ sung các tiện ích

và chuyền sang Visual Basic dé tận dụng bộ nhớ mở rộng của máy tính cũng như sựphát triển của công nghệ thông tin Mô hình VRSAP cho đến bây giờ vẫn được

đánh giá là mô hình mô phỏng khá tốt chế độ thủy lực cho khu vực Đồng bằng sông

Cuu Long.

(3) Mô hình KOD-01 va KOD-02 của Nguyễn Ân Niên: Phát trién dựa trên

hệ phương trình Saint-Venant rút gọn Mô hình này mô phỏng dòng chảy trong

kênh, được ứng dụng nhiều trong tính toán lũ [68, 69]

(4) Mô hình HydroGIS: Do Nguyễn Hữu Nhân phát triển có sử dụng bộcông cụ GIS dé kết nối di liệu và trình bày kết quả Tuy nhiên khả năng tính toánchậm và chưa được áp dụng nhiều Gần đây, mô hình được bố sung thêm tính toánđối với trường hợp dòng chảy xiết bằng phương pháp sóng động học [70]

(5) Mô hình F28: cũng do Lê Song Giang phát triển Đây là mô hình 2D(tương tự MIKE FLOOD), kết hợp giữa trong sông (1D) và dòng chảy trên vùng

ngập lũ (2D) [104].

(6) Mô hình TREM: được Nguyễn Tiền Giang và Izumi phát triển dựa trên

mô hình dòng chảy hai chiều tương ứng của cô tác giả Nagata, trường Dai họcKyoto, Nhật Bản Đây là mô hình biến dạng lòng dẫn 2 chiều trong hệ tọa độ phituyến không trực giao cho phép xác định sự phân bố tốc độ cũng như biến đôi đáysông theo cả hướng dọc và hướng ngang Mô hình này đã áp dụng và cho kết quảtốt cho nhiều đoạn sông cong trên sông Hong [105]

(7) Mô hình HYDIST: được phát triển bởi Nguyễn Thị Bay và cộng sự(2021), HYDIST là mô hình có khả năng tính dòng chảy 2 chiều, chuyên tải bùncát, diễn biến lòng dẫn sông Mô hình HYDIST được xây dựng dựa trên GPUsgiúp cho tốc độ tính toán được tăng nhanh hơn Mô hình với 3 module chính là:Module thủy động lực: là mô đun thủy động lực học 2 chiều mô phỏng mực nước

dòng chảy, đây là mô đun tính toán thủy lực cơ bản của toàn bộ hệ thống; module

vận chuyên bùn cát: là mô đun tính toán chuyền tải bùn cát trong sông; và moduletính toán sạt bờ và mô đun trình diễn kết quả 3D [107]

(8) Mô hình tọa độ cong cia Nguyễn Thị Bay: được phát triển bởi NguyễnThị Bay trong luận án phó tiễn sĩ năm 1996 Mô hình được xây dựng với 3

module chính trong hệ tọa độ cong: Module thủy động lực, vận chuyền bùn cát và

hình thái đáy được xây dựng dựa trên hệ phương trình Reynolds, hệ phương trình

vận chuyền bùn cát lơ lửng và liên tục bùn cát đáy sau khi chuyên đôi về hệ tọa độcong Tuy nhiên, mô hình này vẫn còn những hạn chế sau: chưa tính đến ảnh hưởngcủa sóng và gió, điều kiện biên dòng chảy chỉ mới được thiết lập là biên mực nướchằng số, chưa xét đến biên lưu lượng; (2) Về module vận chuyền bùn cát và hìnhthái đáy: chỉ mới xét đến bùn cát không kết dính và chưa có sự hiện diện của nguồn

khai thác cát [91].

Nhìn chung, hầu hết những mô hình trên tập trung mô phỏng thủy lực, lantruyền chất, lũ, cũng như mô phỏng diễn biến bùn cát và bồi lắng - xói lở, các môhình này đã được ứng dụng và cho kết quả khá tốt cho các khu vực ở Việt Nam.Tuy nhiên, các mô hình vẫn còn những hạn chế sau: Đối với mô hình tính toán diễnbiến đáy, các ảnh hưởng cục bộ như khai thắc cát vẫn chưa được tính toán đến trong

các mô hình này Trong các mô hình trên, chỉ có mô hình TREM và Mô hình tọa độ

cong của Nguyễn Thị Bảy là mô hình trên tọa độ cong Các mô hình này đã tính và

cho kết quả khá tốt cho những vùng vịnh và biến với lưới tính là lưới cong khôngtrực giao Bên cạnh đó, các mô hình này chỉ tính cho bùn cát không kết dính vàchưa xét đến các hoạt động dân sinh

1.2.2 Ung dụng các mô hình tọa độ cong

Ở nước ta, mô hình tọa độ cong phô biến được sử dụng là mô hình Mike 21C.Điền hình như nghiên cứu định hướng giải pháp bảo vệ bờ đoạn hợp lưu sông Mã

và sông Chu tỉnh Thanh Hóa khi các thủy điện thượng lưu vận hành thuộc đề tàiKC08-32/11-15 “Nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ chứa thượng nguồn đếnbiến động lòng dẫn hạ du, cửa sông ven biên hệ thống sông Mã và đề xuất giải pháphạn chế tác động bất lợi nhăm phát triển bền vững” của Nguyễn Thanh Hùng(2015) Nghiên cứu này trình bày kết quả thủy động lực những biến động khu vựchợp lưu xem xét trên mặt bằng, mặt cắt doc theo các kịch bản tô hợp dòng chảy đếncủa 2 sông Đồng thời dự báo sự biến đổi lòng dẫn khu vực hợp lưu dựa trên môhình toán MIKE 2IC Dựa trên kết quả phân tích thủy động lực, biến động lòng dẫn

vùng ngã ba, bai báo đã đề xuất định hướng giải pháp nhằm 6n định khu vực hợplưu với 3 cụm công trình Hạn chế của nghiên cứu này là các kịch bản và phương ánchưa xét đến ảnh hưởng của các hoạt động dân sinh đến diễn biến lòng dẫn [92]

Dinh Công Sản (2015) đã đánh giá ảnh hưởng của các kịch bản khai thác cát

đến diến biến lòng dẫn sông Tiền đoạn hạ lưu cầu Mỹ Thuận băng mô hình Mike21C Nghiên cứu tập trung mô phỏng chế độ động lực và chuyền động bùn cát củamột số kịch bản khai thác cát theo quy hoạch được duyệt của các địa phương, sau

đó so sánh kết quả nhận được với phương án hiện trạng Kết quả cho thấy nếu khaithác đúng vị trí, đúng kỹ thuật có thể góp phần điều khiển được dòng chảy, giảmthiểu xói bồi Tuy nhiên, các kịch bản tính chỉ mới xem xét đến quy mô khai thác,chiều dài và độ sâu khai thác mà chưa đánh giá đến tốc độ khai thác theo thời gian

[114].

Đối với vùng cửa sông, Nguyễn Phuong Tân (2014) đã ứng dung mô hìnhthủy lực hai chiều (CCHE2D) mô phỏng đặc tính thủy lực và tính toán bồi xói ởvùng cửa sông Dinh An (sông Hậu) [99] Nghiên cứu chỉ ra rằng: trong mô hình bồixói ở cửa sông Định An, 3 hệ số cần quan tâm trong tính toán xói lở: (1) hệ SỐ phùhợp của bùn cát lơ lửng, (2) độ rỗng của mẫu bùn cát và (3) chiều dài lưới tính phùhợp của bùn cát đáy sông Ls; Kết quả tính toán cho thấy vùng cửa sông Định An có

xu hướng xói lở dọc bờ Cù Lao Dung Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và số liệu

đo đạc, nghiên cứu này chỉ được thực hiện nhằm mô phỏng đặc tính thủy lực dòngchảy (trên đoạn sông nghiên cứu) trong thời gian ngăn nên chưa phan ánh day đủđặc tính thủy lực cũng như sự thay đổi hình thái lòng sông; mặc dù vậy, kết quanghiên cứu vẫn có thé chứng minh được sự biến động địa mao vùng cửa sông (phùhợp với kết quả của khảo sát thực địa) Thay đổi đáy sông sau thời gian mô phỏngđược trình bày trong Hình 1-6 Kết quả tính toán bồi lắng và xói lở tại mặt cắt 1 chothấy sau thời gian mô phỏng có sự xói lở bờ Cù Lao Dung cụ thé là 1,9 x I0” m(Hình 1-6a), xói lở ở bờ Cù Lao Dung tại mặt cắt 3 là 8,5 x 10m (Hình 1-6b), vàbồi lắng ở bờ Trà Vinh là 2,1 x 10°m (Hình 1-6)