bài toán đánh gía mức độ bồi tụ hay xói mòn hai bên bờ sông

Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG  Đề Tài 07: Bài Toán Đánh Gía Mức Độ Bồi Tụ Hay Xói Mòn Hai Bên Bờ Sông GVHD: Trần Hậu Vương Nhóm : 09 Biên Hòa 12/04/2010 1 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Danh Sách Thành Viên Nhóm 09: 1. Vũ Cẩm Dung. 2. Trần Phi Quốc Dũng. 3. Phan Đình Đông. 4. Phạm Minh Đức. 5. Nguyễn Định Giao 6. Lưu Hoàng Gia. 7. Huỳnh Thị Ngọc Hà. 8. Nguyễn Nghĩa Hà. 2 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Mục Lục A.MỞ ĐẦU 4 B.NỘI DUNG 5 I. Tổng quan về tình hình sông ngòi Việt Nam 5 II. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Tới Độ Bội Tụ và Sạt Lở Của Sông Ngòi 6 1. Mưa 6 1.1Nội dung mô hình HEC-HMS 6 1.2. Cơ sở lí thuyết của mô hình Hec-hms 11 1.2.1.T n th tổ ấ 14 2.Lưu lượng dòng chảy 17 2.1. Mô hình tính lưu lượng dòng chảy mặt 17 3.Cấu Trúc Đất Hai Bên Bờ 18 3.1Xói bờ 19 3.2Tính Toán Chuy n T i Bùn, Cátể ả 20 4.Thảm Thực Vật 21 C.Kết Luận 22 Tài Liệu Tham Khảo 3 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương A.MỞ ĐẦU. Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn. Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS. Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuỳ biến. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trường. Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS. GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc. GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi trường. Các cơ quan chính phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thiên tai, các rủi ro trong công nghiệp và các sự cố môi trường. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số. 4 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Việc chia xẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn. B.NỘI DUNG. I. Tổng quan về tình hình sông ngòi Việt Nam. Trải rộng trên một địa hình phức tạp từ Bắc xuống Nam, sông ngòi Việt Nam mang nhiều tính chất khác nhau, khi thì dòng chảy suôn sẻ, khi thì uốn khúc quanh co, có khi hiền hòa, có khi hung dữ gây nên lụt lội. Miền Bắc có hai hệ thống sông chính là: hệ thống sông Thái Bình và hệ thống sông Hồng. -Sông Thái Bình có các phụ lưu là sông Lục Nam, sông Thương và sông Cầu. -Sông Hồng (còn gọi là Nhị Hà) bắt nguồn từ Vân Nam (Trung Quốc), mang nhiều phù sa đỏ bồi đắp thành một vùng đồng bằng phì nhiêu mang tên châu thổ sông Hồng; có các phụ lưu là sông Lô, sông Đáy ở tả ngạn, và sông Đà ở hữu ngạn. Miền Trung chỉ có hai con sông lớn đáng kể là sông Mã và sông Cả; còn các sông khác đều ngắn vì núi ăn gần ra biển như: sông Gianh ( phân chia đất nước thời Trịnh-Nguyễn), sông Bến Hải (chia đôi Việt Nam từ 1954-1975), sông Hương (chảy qua thành phố Huế nay còn di tích cố đô nhà Nguyễn). Miền Nam cũng có hai hệ thống sông chính là: hệ thống sông Đồng Nai và hệ thống sông Cửu Long. -Sông Đồng Nai có các phụ lưu là sông La Ngà ở tả ngạn, và ở hữu ngạn là các sông Bé (với thác Trị An hùng vĩ), sông Sài Gòn và sông Vàm Cỏ. -Sông Cửu Long (còn gọi là sông Mê Kông) bắt nguồn từ Tây Tạng chảy qua Lào, Căm Bốt, rồi mới vào miền Nam nước ta, chia thành hai nhánh là 5 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương sông Tiền và sông Hậu với tất cả là chín cửa sông trước khi ra biển Đông. Lượng nước sông Cửu Long rất lớn, sức chảy rất mạnh, do đó mang một khối lượng phù sa khổng lồ bồi đắp rất nhanh tạo thành vùng đồng bằng sông Cửu Long phì nhiêu màu mỡ. Tuy nhiên, dòng chảy trên các sông suối phân phối không đều trong năm; mùa lũ lượng dòng chảy rất lớn dẫn đến thừa nước gây ra lũ lụt, mùa cạn lượng dòng chảy nhỏ dẫn đến thiếu nước dùng. Do đó, phía thượng lưu của các sông suối đã xây dựng các hồ chứa, nhằm điều tiết dòng chảy. Nếu có phương án khai thác hiệu quả, thì đây là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quí giá, để phục vụ phát triển các ngành kinh tế của đất nước. Một khúc sông Hồng, đoạn chảy qua Hà Nội bị xói lở nghiêm trọng. II. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Tới Độ Bội Tụ và Sạt Lở Của Sông Ngòi. - Mưa. - Lưu lượng dòng chảy. - Thảm thực vật. - Cấu trúc đất Độ bồi tụ và sạt lở=aMưa + bthực vật+ ccấu trúc đất +dlưu lượng dòng chảy.t Trong đó a,b,c,d hệ số tỉ lệ tương ứng. 6 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương 1. Mưa: Lượng mưa hàng năm được đánh giá thông qua các mô hình như: Mô hình HEC-HMS, Mike11, Mike 21…. Dưới đây nhóm xin trình bày về mô hình HEC-HMS trong việc đánh giá tác động bồi tụ hay xói mòn hai bên bờ sông. 1.1Nội dung mô hình HEC-HMS. Mô hình HEC là sản phẩm của tập thể các kỹ sư thuỷ văn thuộc quân đội Hoa Kỳ. HEC-1 đã góp phần quan trọng trong việc tính toán dòng chảy lũ tại những con sông nhỏ không có trạm đo lưu lượng. Tính cho đến thời điểm này, đã có không ít đề tài nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, HEC-1 được viết từ những năm 1968, chạy trong môi trường DOS, số liệu nhập không thuận tiện, kếtquả in ra khó theo dõi. Hơn nữa, đối với những người không hiểu sâu về chương trình kiểu Format thường rất lúng túng trong việc truy xuất kết quả mô hình nếu không muốn làm thủ công. Do vậy, HEC-HMS là một giải pháp, nó được viết để “chạy” trong môi trường Windows, hệ điều hành rất quen thuộc với mọi người.Phiên bản đầu tiên của HEC- HMS là version 2.0, hiện nay phiên bản mới nhất của HEC- HMS là version 3.4. Thứ tự thực hiện các mô hình là HEC-GeoHMS - HEC-HMS - HEC-RAS - HEC-GeoRAS trong đó, mô hình HEC-GeoHMS dựa vào bản đồ địa hình (DEM) và bản đồ sử dụng đất trên lưu vực xác định các đặc trưng hình thái của lưu vực và hệ thống sông, phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực và xác định các thông số ứng với từng tiểu lưu vực, phục vụ cho việc diễn toán mưa - dòng chảy bằng mô hình HEC-HMS. Mô hình HEC-HMS nhận các thông số từ mô hình HEC-GeoHMS thực hiện diễn toán mưa- dòng chảy trên các tiểu lưu vực làm điều kiện biên trên và biên gia nhập khu giữa cho mô hình HEC-RAS. HEC-RAS lấy kết quả tính toán từ mô hình HEC-HMS 7 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương làm các điều kiện biên trên và biên gia nhập khu giữa diễn toán thuỷ lực trên hệ thống sông tới cửa ra của lưu vực. Mô hình HEC-GeoRAS sử dụng bản đồ địa hình (TIN) xác định các thông tin về mạng lưới sông, suối, quan hệ Z – F của các khu chứa, hình dạng mặt cắt ngang trên lưu vực, phục vụ cho mô hình thuỷ lực HEC-RAS, sau đó nhận các giá trị mực nước tính được bằng mô hình HEC-RAS tại tất cả các mặt cắt để lập các bản đồ ngập lụt trên lưu vực ứng với từng mực nước tại từng thời điểm. Dưới đây là sơ đồ kết hợp bộ mô hình trên của HEC phục vụ mô phỏng diễn biến lũ quét: 8 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương 9 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Số liệu đầu vào - Số liệu về địa hình. Yêu cầu số liệu địa hình là dạng DEM cho mô hình HEC-GeoHMS và dạng TIN cho mô hình HEC-GeoRAS của lưu vực. Ngoài ra, để phục vụ cho tính toán thuỷ lực bằng mô hình HEC-RAS cần có số liệu mặt cắt ngang. Số liệu này được lấy từ các kết quả đo đạc thực địa và được bổ sung từ kết quả xử lý mặt cắt dựa vào bản đồ địa hình và sử dụng mô hình HEC-GeoRAS. - Số liệu mưa: Chuỗi số liệu mưa này được chuyển thành chuỗi dòng chảy bằng mô hình mưa – dòng chảy HEC-HMS và được dùng làm điều kiện biên trên và biên gia nhập khu giữa cho mô hình HEC-RAS. Điều kiện biên dưới của mô hình HEC-RAS được lấy bằng độ dốc đáy sông (mô hình sẽ xác định quan hệ mực nước - lưu lượng dựa vào phương trình Manning). 10 [...]... cách bờ từ 3 -15m 18 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Đáy sông bị xói lở làm chiều cao bờ sông tăng lên và sự xói lở gần chân bờ làm cho bờ dốc hơn, cả hai quá trình này làm cho bờ sông trở nên mất ổn định Một khi tiêu chuẩn mất ổn định bị vượt qua thì khối đất bờ sông bị trượt và đỉnh bờ lùi sâu vào đất liền 3. 1Xói bờ Tốc độ xói lở ngang bờ được tính theo công thức kinh nghiệm của Arulananden et... thuỷ lực • i: độ dốc thuỷ lực • n: hệ số nhám Maning 3.Cấu Trúc Đất Hai Bên Bờ Nền địa chất bờ sông khá mềm yếu thúc đẩy nhanh quá trình sạt lở; dòng chảy ngầm từ bờ là nguyên nhân tạo nên xâm thực ngang lòng sông đối với những nơi đất bờ sông có kết cấu rời rạc; sóng do các loại tàu thuyền hoạt động trên sông với mật độ lớn cũng làm tăng nhanh quá trình sạt lở bờ sông; riêng hiện tượng bồi lắng mạnh... mẽ tại các vùng cửa sông phần lớn do phù sa từ thượng nguồn đổ về Song song với các nguyên nhân này, hiện tượng xói lở bờ sông còn do quá trình khai thác các bãi bồi, khai thác cát trên sông, các công trình xây dựng dọc theo bờ sông làm thay đổi điều kiện dòng chảy và lòng dẫn, gây mất ổn định hình thái lòng sông dẫn đến tình trạng xói lở bờ ngày càng nghiêm trọng trên các tuyến sông, rạch Cơ chế của... phía dưới bị xói nhanh hơn lớp đất mặt làm cho mái bờ sông dốc và bị sạt lở tạo cho mái bờ sông mới có tính ổn định tạm thời Sau đó lớp đất phía dưới bị xói nhanh hơn lớp đất trên mặt và làm cho mái bờ sông lại trở nên dốc và tiếp tục cho một đợt lở mới; sạt lở bắt đầu từ hiện tượng xuất hiện các vết nứt trên mặt bờ sông với chiều dài từ 5m có nơi đến 20m, có khi sát mép nước có khi cách bờ từ 3 -15m... Trong đó: - dn/dt là tốc độ xói lở bờ (m/min) - τ = γRS là ứng suất cắt ở chân bờ - τc là ứng suất tới hạn cho xói lở bờ - r: tốc độ xói lở ban đầu được xác định bởi: r = 0.0223τc exp (-0.13 τc) Trong khoảng thời gian Δt, khoảng cách xói lở bờ theo phương ngang được xác định:   ∂W  n +1  ∂W  n  ∆Wi = θ  + (1 −θ )   .∆t  ∂t  j    ∂t  j   (16) Khối lượng xói lở: Ve = min ( ht , H... dòng chảy và từ đó sẽ tạo lũ vì thế tạo nên lưu lượng dòng chảy càng mạnh sẽ ảnh hưởng tới độ bồi tụ hai bên bờ sông 2.Lưu lượng dòng chảy 16 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương 2.1 Mô hình tính lưu lượng dòng chảy mặt hệ phương trình Saint Venant 1D: Phương trình liên tục: ∂Q ∂A + −q = 0 ∂x ∂t (11) Phương trình động lượng ∂  Q  ∂  βQ 2  +  ∂t  A  ∂x  2 A 2   ∂h + g + f (S f − S 0 ) = 0 ... Khi cường độ mưa vượt quá cường độ thấm (mưa hiệu quả) thì trên bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn trên bề mặt lưu vực, sau đó tập trung vào mạng ưới sông suối Sau khi đổ vào sông, dòng chảy 11 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương chuyển động về hạ lưu, trong quá trình chuyển động này dòng chảy bị biến dạng do ảnh hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám lòng sông Trình tự tính toán theo... trọng trường • S: độ dốc đáy của bãi dòng chảy • Sf: độ dốc ma sát • y: độ sâu dòng chảy Ngoài ra ta có thể tính toán lưu lượng dòng chảy tại một khu vực bất kì theo cách tính sau.Từ các giá trị số liệu mặt cắt ngang sông, suối được đo đạc tại các vị trí khảo sát có thể sử dụng công thức kinh nghiệm để tính ra lưu lượng tương ứng với các giá trị, công thức có dạng sau: Q =ω C Ri (13) 2 1 1 Hay Q = ω R 3...  ht là chiều sâu của dòng chảy từ chân bờ tới bề mặt Vật liệu từ xói bờ được xử lý trực tiếpnhư bùn cát chảy vào cạnh sườn 3.2Tính Toán Chuyể n Tả i Bùn, Cát 19 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Phươ ng trình tổ ng quát Phương trình diễn tả chuyển tải bùn cát 1D là phương trình: ∂ACtk ∂Qtk 1 + + (Qtk − Qt *k ) = qtk ∂t ∂x Ls (17) Trong đó: − Ctk là nồng độ bùn cát trung bình trên mặt cắt ngang... Phương pháp này phụ thuộc vào lượng mưa tích lũy, độ che phủ đất, sử dụng đất và độ ẩm kỳ trước, được sử dụng theo công thức: Pe = ( P − Ia )2 P − Ia + S (6) Trong đó: Pe: lượng mưa tích lũy hiệu quả P: lớp nước mưa Ia: Lượng tổn thất ban đầu S: khả năng giữa nước lớn nhất của lưu vực Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa Qua nghiên . HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG  Đề Tài 07: Bài Toán Đánh Gía Mức Độ Bồi Tụ Hay Xói Mòn Hai Bên Bờ Sông GVHD: Trần Hậu Vương Nhóm : 09 Biên Hòa 12/04/2010 1 Nhóm09- 07MT111. được đánh giá thông qua các mô hình như: Mô hình HEC-HMS, Mike11, Mike 21…. Dưới đây nhóm xin trình bày về mô hình HEC-HMS trong việc đánh giá tác động bồi tụ hay xói mòn hai bên bờ sông. 1.1Nội. cách bờ từ 3 -15m. 18 Nhóm09- 07MT111 GVHD: Trần Hậu Vương Đáy sông bị xói lở làm chiều cao bờ sông tăng lên và sự xói lở gần chân bờ làm cho bờ dốc hơn, cả hai quá trình này làm cho bờ sông