đồ án kỹ thuật cơ khí Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vụ Gia

Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 1 Lời mở đầu Mô hình toán thuỷ văn hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nghiên cứu thuỷ văn. Với sự bùng nổ của công nghệ thông tin và các phương pháp tính toán trong những thập kỷ gần đây đã tạo nên sự phát triển mạnh mẽ của các loại mô hình toán. Cấu trúc của mô hình phản ánh ngày càng tiếp cận các quá trình đa dạng và phức tạp của thực tế. Các mô hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay đang ngày càng đáp ứng được các yêu cầu đòi hỏi của các nhà thuỷ văn môi trường trong công tác tính toán thiết kế, quản lý, quy hoạch việc sử dụng các nguồn tài nguyên nước. Trong giai đoạn hiện nay vấn đề chất lượng nước được đề cập đến nhiều hơn bao giê hết. Mối quan hệ giữa lượng và chất ngày càng được chú trọng. Tuy nhiên việc vận dụng các mô hình để giải quyết hai bài toán trên còn có nhiều hạn chế. Các nhà khoa học mong muốn tạo ra những chương trình đơn giản, dễ sử dụng đồng thời mô phỏng và tính toán chính xác các quá trình thuỷ văn, chế độ thuỷ lực của dòng nước trên toàn hệ thống sông nhằm tính toán thiết kế, điều tiết dòng chảy để cung cấp nước cho các ngành sử dụng nước, hạn chế và khắc phục các tác hại do lũ lụt gây nên, đồng thời có thể đánh giá và quản lý được chất lượng dòng chảy trên các hệ thống sông. Trước yêu cầu đòi hỏi đó các viện nghiên cứu về thuỷ văn, thuỷ lực và các tổ chức khác ở Hà Lan đã cùng nhau hợp tác, nghiên cứu kết quả là họ đã xây dựng nên mô hình DUFLOW. I. Giới thiệu sơ lược về mô hình DUFLOW 1. Nguồn gốc. Mô hình DUFLOW (DUTCH FLOW) là mô hình thuỷ lực của Hà Lan được sử dụng để tính toán quá trình dòng chảy và chất lượng nước trên các hệ thống sông. Mô hình có thể tính toán được quá trình dòng chảy qua các hệ thống công trình như đập tràn, cống, ống Siphon, các trạm bơm, cũng như quá trình xâm nhập mặn của nước biển, lan truyền các chất nhiễm bẩn trong dòng nước. Mô hình DUFLOW được xây dựng bởi các chuyên gia của khoa công nghệ, vệ sinh môi trường và quản lý tài nguyên nước cộng tác với khoa kỹ thuật xây dựng thuộc trường ĐH DELFT, khoa bảo tồn thiên nhiên thuộc trường ĐH Nông NghiệpWageningen, Viện thuỷ triều, thuộc Bộ Giao thông, công chính và nguồn nước (Rijkswaterstaat), Viện nghiên cứu về cơ sở hạ tầng, thuỷ lợi và kỹ thuật môi trường quốc tế (IHE). Chương trình được viết bằng ngôn ngữ Ms - Basic. Năm 1992 phiên bản 2.0 được hình thành, nó được mở rộng thêm cùng với sự mô phỏng của mô hình chất lượng nước. Tháng 7/1997 phiên bản 2.5 ra Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 2 đời, phiên bản này cho phép khối lượng tính toán được mở rộng hơn, số lượng mặt cắt tính toán cho phép có thể lên tới 250 mặt cắt. 2. Các đối tượng sử dụng. Mô hình được thiết kế sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau. Mô hình này được các nhà thiết kế, quản lý nguồn nước sử dụng như một công cụ hữu Ých trong công tác tính toán và quy hoạch tài nguyên nước. Kể từ khi được đưa vào sử dụng trên hệ thống maý tính IBM, mô hình được áp dụng hầu hết trong các lĩnh vực môi trường : khoa học và công nghệ ứng dông. Trong quản lý tài nguyên nước mô hình có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình vận hành của hệ thống, tính toán các quá trình vận hành của công trình thuỷ lợi như quá trình chảy tràn, sự đóng mở của cống, sự vận hành của các trạm bơm, sự lan truyền của các chất gây ô nhiễm vì vậy có thể đánh giá và quản lý hàng ngày và trong thời gian dài. Trong hoạt động cố vấn về môi trường mô hình có thể được sử dụng làm cơ sở thiết kế các hệ thống thuỷ nông, đánh giá các tác hại do lũ lụt, sự xâm nhập mặn gây nên. 3. Cấu trúc của mô hình. Mô hình DUFLOW gồm 3 khối được điều khiển bởi máy chủ. Sự tương tác qua lại giữa khối đầu vào ( Pre-processor ) và khối đầu ra ( Post-processor ) được viết trong Ms-Basic, khối tính toán được viết trong Fortran 77. Các dữ liệu đầu vào bao gồm các điều kiện biên, tài liệu mặt cắt. Tất cả các tài liệu này được lưu giữ trong các file số liệu, chương trình sẽ sử dụng các file này để tính toán, kết quả tính toán sẽ được ghi trong các file kết quả và được sử dụng trong quá trình tính toán tiếp theo. Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V ng dng mụ hỡnh DUFLOW tớnh toỏn dũng chy sụng Thu Bn - Vụ Gia 3 4 . Cỏc h phng trỡnh c bn. a. Phng trỡnh dũng chy khụng n nh. H phng trỡnh c bn tớnh toỏn cỏc c trng dũng chy l h phng trỡnh Sanvenant: Phng trỡnh liờn tc: Phng trỡnh ng lc dng tng quỏt : Trong ú: T, x Bin thi gian v khụng gian trong bi toỏn mt chiu (s,m) H(x,t) Cao trỡnh mc nc so vi mt chun ti v trớ x v thi im t (m) V(x,t) Tc bỡnh quõn mt ct (m/s) Q(x,t) Lu lng ti v trớ x v thigian t (m 3 /s) R(x,H) Bỏn kớnh thu lc (m) A(x,H) Din tớch mt ct t (m 2 ) b(x, H) Chiu rng mt nc (m) B(x,H) Chiu rng ca mt ct ngang (m) g Gia tc trng trng (m/s 2 ) c H s De Chộ zy (m 2 /s) w Vn tc giú (m/s) Hng giú () (x) Hng ca dũng chy tớnh t hng ca dũng chy ti phng Bc theo chiu kim ng h () (x) H s i n v ca giú Hệ số đổi đơn vị của gió H s hiu chnh tớnh cht khụng u ca lu tc v c xỏc nh Trong ú tớch phõn c ly trờn ton mt ct Nghiờn cu khoa hc sinh viờn Nguyn Hong c - 39V Nguyễn Hoàng Đức - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 4 b. Các điều biên và các điều kiện ban đầu. Các điều kiện này được sử dụng làm cơ sở trong quá trình tính toán. Nó thể là các giá trị mực nước, lưu lượng hay quan hệ giữa mực nước và lưu lượng. Các giá trị này có thể là các tài liệu đã đo đạc được hay là các kết quả của quá trình tính toán trước đây. Dòng nước sẽ chảy từ nót này đến nót khác tuân theo phương trình liên tục Trong đó: i Sè chỉ nót thứ i Qj,i Lưu lượng dòng chảy từ nót j tới nót i qi Lưu lượng gia nhập thêm tại nót thứ i Phương trình trên được tính toán tại mỗi bước thời gian, cùng với hai phương trình cơ bản của dòng chảy không ổn định các giá trị lưu lượng và mực nước của dòng chảy sẽ được tính toán. II. Đặc điểm địa lý tự nhiên của lưu vực nghiên cứu 1. Vị trí và đặc điểm của hệ thống sông Thu Bồn Lưu vực sông Thu Bồn phần lớn thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng. Giới hạn từ 14 0 54 đến 16 0 13 vĩ Bắc và 107 0 13 đến 108 0 44 kinh Đông. Phía Bắc giáp Thừa Thiên - Huế, Phía Nam giáp Quảng Ngãi, phía Tây giáp Kon Tum và nước cộng hoà dân chủ nhân dân Lào, phía Đông là biển Đông. Diện tích tự nhiên của lưu vực là 10350 km 2 trên tổng diện tích của Quảng Nam và Đà Nẵng là 11988 km 2 . Địa hình lưu vực khá phức tạp, phần lớn là đồi núi. Đường chia nước qua các đỉnh núi cao như đỉnh A Tuất 500m, đỉnh Mang 1708m, đỉnh Ba Na 1483m, đỉnh Ngọc Lĩnh 2598m, đỉnh Hòn Ba 1358m, đỉnh Mòi Chóa 1362m. Lưu vực được bao bọc bởi núi cao ở cả 3 phía với một độ dốc khá lớn tạo nên khả năng tập trung nước nhanh khi có lũ. Dải đồng bằng hẹp xen kẽ với những ngọn đồi bát úp là nơi nhận nước trực tiếp từ phần thượng lưu của lưu vực. Hệ thống sông Thu Bồn gồm hai sông chính là Thu Bồn và Vụ Gia với tổng chiều dài 402 km nhập lưu tại Giao Thuỷ (Duy Xuyên) với 19 sông nhánh cấp I, 3 nhánh phân lưu là sông Yên (Cẩm Lệ), sông Vĩnh Điện, sông Trường Giang ; 36 sông nhánh cấp II; 21 nhánh cấp III và 2 nhánh sông cấp IV. Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 5 Sông Thu Bồn bắt nguồn từ đỉnh Ngọc Lĩnh cao 2598m (tỉnh Kontum). Độ dài sông chính từ nguồn đến cửa Hội An là 198 km, diện tích lưu vực tính đến Giao Thuỷ cách cửa Hội An 30 km là 3835 km2. Thượng nguồn sông Thu Bồn chảy qua địa phận Kontum 38km với diện tích tương ứng là 500 km2. Tại Giao Thuỷ hai sông Vụ Gia và Thu Bồn có sự trao đổi dòng chảy qua lại: sông Quảng Huế dẫn một lượng nước của sông Vụ Gia nhập sang sông Thu Bồn cách Quảng Huế 16km thì sông Vĩnh Điện lại dẫn một lượng nước sông Thu Bồn sang trả lại sông Vụ Gia. Ngoài ra, mỗi sông về phía hạ lưu còn được bổ sung thêm một số sông nhánh khác. Sông Vụ Gia có sông Tuý Loan (L=28km, F=160km2), sông Thu Bồn có sông Ly Ly (L=40km, F=254km2) hiện nay mùa cạn sông kiệt nước. Giữa sông Thu Bồn và sông Tam Kỳ được nối nhau bằng con sông Trường Giang - con sông tiêu nước nhưng hơn 7000 ha lúa vẫn bị úng hàng năm không tiêu thoát được. Một đặc điểm khá nổi bật là đường sắt và quốc lé 1 cắt ngang dòng sông cách nhau khoảng 6-7 km đóng vai trò như hai đường tràn cản lũ, tạo chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu gây ngập lụt kéo dài và sạt lở hệ thống giao thông cũng như các khu dân sinh, kinh tế. Một đặc điểm khá quan trọng khác là đất đai dọc theo các thung lũng sông và phần đồng bằng sau điểm nhập lưu có hàm lượng cát khá cao (trên 70%), tính liên kết kém rất dễ xói lở khi mực nước cao bị ngâm dài ngày rồi rút đột ngột khi lũ xuống. 2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn Mùa mưa trên lưu vực sông Thu Bồn phụ thuộc theo cấp lượng mưa với lượng mưa năm Xo < 2000 mm ( mùa mưa từ IX-XII ), với 2000 < Xo < 2500 mm (từ tháng VIII-XII), có kỳ mưa lớn đột xuất tháng V-VII, 2500 < Xo < 3500 mm (mùa mưa V-XII), Xo > 3500 mm (mùa mưa từ tháng V-I). Lưu vực sông Thu Bồn có 2 tâm mưa lớn ở phía Đông Bắc (Bà Nà) và phía Tây Nam (Trà My) với Xo = 4000 mm. Mùa lũ trên lưu vực kéo dài 3 tháng X-XII, mùa cạn kéo dài 9 tháng I-IX. Trong đó tháng IX thực chất là tháng chuyển tiếp từ mùa cạn sang mùa lũ và tháng I là tháng chuyển tiếp từ mùa lũ sang mùa cạn. Nếu phân tích chi tiết thời gian xuất hiện và kết thúc mùa lũ, mùa cạn cho thấy mùa lũ trên sông Vụ Gia xuất hiện sớm hơn 1 tuần (10 ngày) so với lưu vực sông Thu Bồn. Lưu vực sông Vụ Gia, mùa lũ từ tuần thứ 3 tháng IX và kết thúc vào tuần thứ 1 tháng I. Lưu vực sông Thu Bồn, mùa lũ từ tháng X và kết thúc vào tuần thứ 1 tháng I Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 6 Tốc độ dòng chảy lũ trên sông Vụ Gia bé hơn trên sông Thu Bồn tương ứng. Tại Thành Mỹ (Vụ Gia), Vmaxmax = 2,95 m/s ; Vmax = 2,42 m/s , Vmaxmin = 1,53m/s, Tại Nông Sơn (Thu Bồn) cho Vmaxmax = 3,74 m/s ; Vmax = 2,77 m/s ; Vmaxmin =2,14 m/s. Tốc độ truyền lũ trên cả 2 nhánh sông Vụ Gia và Thu Bồn đều rất lớn. Trên sông Thu Bồn có tốc độ lớn hơn sông Vụ Gia. Khi có lũ xuất hiện tại Sơn Tân (Thu Bồn), trung bình chỉ khoảng 16 giê sau (nhanh nhất chỉ 11 giê) thì lũ đã về đến cầu Câu Lâu cách Sơn Tân khoảng 70 km. Bên sông Vụ Gia, từ trạm thuỷ văn Thành Mỹ đến trạm Cẩm Lệ dài khoảng 63 km, trung bình thời gian truyền lũ là 23 giê, Ýt nhất là 15 giê. Tốc độ truyền lũ giảm rất nhanh từ thượng lưu xuống hạ lưu. Vùng hạ lưu sông Vu Gia từ Ái nghĩa đến Cẩm Lệ, tốc độ truyền lũ bé hơn nhiều so với đoạn hạ lưu Thu Bồn từ Giao Thuỷ đến Câu Lâu. Các trận lũ xảy ra trong tháng IX có biên độ không lớn vì tháng này thường xuất hiện một tình thế thời tiết đơn độc như bão hay áp thấp nhiệt đới gây ra những trận mưa có cường độ lớn những thời gian không dài trong khi khả năng thấm của đất rất lớn vì qua một thời gian dài khô hạn. Tháng X, tháng XI là hai tháng có mưa lớn nhất, lũ lớn nhất trong năm. Lúc này hay bị tác động đồng thời của các hình thế thời tiết như bão, áp thấp với gió mùa Đông Bắc gây ra những trận mưa lớn kéo dài nhiều ngày. Trong khi đó mặt đất đã khá Èm ướt, khả năng thấm giảm đi nhiều, mực nước các sông suối đã được dâng lên nhanh nhờ những trận mưa tháng IX tạo điều kiẹn cho lũ xảy ra nhiều, đỉnh lò cao và hay có lũ kép nhiều đỉnh. Biên độ lũ trên hai sông Vụ Gia và Thu Bồn khá lớn. Lớn nhất ở Thành Mỹ (Vụ Gia) Hmax = 15,22 m, Nông Sơn (Thu Bồn) Hmax = 11,99 m. ở hạ lưu, trên sông Vụ Gia tại Ái Nghĩa có Hmax = 6,87 m và trên sông Thu Bồn tại Giao Thuỷ có Hmax = 7,89 m. 3. Thảm phủ thực vật Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng có 894,000 ha đất lâm nghiệp chiếm 74% diện tích toàn tỉnh, trong đó diện tích đất có rừng khoảng 450,000 ha bằng khoảng 38% điện tích tự nhiên và rừng trồng khoảng 16,200 ha, bằng 3.5% đất lâm nghiệp. Rừng Quảng Nam - Đà Nẵng chủ yếu là rừng gỗ khoảng 430,000 ha chiếm 36% diện tích tự nhiên và rừng tre nứa chỉ có 6,500 ha chiếm xấp xỉ 1.5%. Điều kiện tự nhiên và đất đai rất thuận lợi cho rừng phát triển, tuy nhiên diện tích rừng bị suy giảm một cách nhanh chóng do việc khai thác và chặt phá bừa Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 7 bãi. Diện tích rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 10%, rừng trung bình là 38%, còn lại là rừng thưa, rừng tái sinh. Do diện tích rừng bị thu hẹp dần, lượng mưa có xu thế tăng lên là nguyên nhân chủ yếu làm xói mòn bề mặt tăng lên, lượng dòng chảy lũ cũng tập trung nhanh hơn, ngược lại mùa khô lượng dòng chảy Ýt hơn làm tăng mức độ khắc nghiệt về chế độ dòng chảy lưu vực. 4. Đặc điểm về dân sinh, kinh tế Vùng hạ lưu sông Thu Bồn với độ dài 30 km và diện tích khoảng 600 km2 . Đây là vùng kinh tế trù phú, có thành phố cổ Hội An, thành phố Đà Nẳng. Đây cũng là đoạn sông chảy quanh co. chia ra nhiều nhánh rẽ gây nên những diễn biến phức tạp, nhiều đoạn sông bị xói lở nghiêm trọng. Nhất là các đoạn chảy qua các xã thuộc huyện Điện Bàn kẹp giữa đường sắt Bắc Nam và quốc lé I, thượng hạ lưu cầu Câu Lâu (bờ hữu), vùng thị xã Hội An hàng năm bị lở mạnh gây mất ổn định đời sông nhân dân trong vùng. 5. Tình hình diễn biến và thiệt hại do lũ lụt trên hệ thống sông Thu Bồn Những năm gần đây, các đoạn sông thuộc xã Diên Hồng, Điện Quang (Điện Bàn), Thanh Chiến, Điện Phương (sát đường sắt), thượng hạ lưu cầu Câu Lâu, cồn đầu xã Cẩm Nam, bê Nam Ngạn, Cẩm Thanh , bê Duy Xuyên đang tiếp tục bị lở mạnh. Đó là chưa kể nhiều trận lũ quét xảy ra có tính thường xuyên hàng năm trên các sông nhánh nhất là trên sông Lâu, sông Ly Ly, Quế Sơn v.v Thiệt hại hàng năm do lũ và sạt lở là rất lớn: hàng chục người chết và mất tích, hàng trăm ngàn nhà bị ngập lụt, trôi, hàng trăm hộ dân phải di dời , công trình thuỷ lợi, giao thông với hàng ngàn km kênh mương, cầu cống, đường sá bị hư háng Thiệt hại ước tính năm 1990 khoảng 200 tỷ đồng, 1996 là 220 tỷ đồng và năm 1998 còn lớn hơn rất nhiều. Tác động của sự biến đổi khí hậu toàn cầu đối với dòng chảy lũ trong vùng ngày một tăng. Xét những chuỗi quan trắc Qmax của các sông Mã, Cả, Gianh, Kiến Giang có số liệu hơn 35 năm cho lưu lượng đỉnh lũ tăng hàng năm khoảng 1,00-2,00% (sông có F < ( 10.000 km2 ) và 0,5-1,0% (sông có 10.000 < F < 50.000 km2). Mực nước biển dâng trung bình hàng năm tại Hội An khoảng 2mm/năm. ảnh hưởng của hiện tương Elnino và Lanina đối với lũ sông Miền Trung thể hiện bằng những trận lũ kép nhiều đỉnh duy trì thời gian lũ ở mực nước cao rất dài ngày gây ra xói lở càng thêm trầm trọng. Ngoài 2 tác động trên, lũ lụt và sạt lở của các sông ven biển Miền Trung là do: Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 8 - Mưa lớn do nhiều cơn bão xảy ra liên tiếp kéo dài trong nhiều ngày. Lượng mưa trung bình mỗi cơn bão đạt từ 600-800 mm, nhiều điểm còn vượt hơn 1000 mm có xu thế ngày một tăng. - Hậu quả của việc phá rừng đầu nguồn, rừng phòng hộ tạo nên dòng chảy lũ tập trung nhanh, tốc độ dòng chảy lớn. Tốc độ phá rừng hiện nay vẫn tăng mạnh trong khi diện tích trồng rừng hàng năm còn quá Ýt. Theo thống kê năm 1993 thì đât Lâm Nghiệp chiếm hơn 74% diện tích đất tự nhiên của Quảng Nam và TP Đà Nẳng trong đó đất có rừng tự nhiên chiếm 34% (95% rừng gỗ) và 3,5% rừng trồng. Hiện nay (tính đến năm 1997) thì diện tích rừng tự nhiên chỉ khoảng 30% và tỷ trọng rừng gỗ cũng bị giảm xuống trong khi rừng tre nứa, rừng bụi có tỷ lệ tăng lên. Do lò hai sông Vụ Gia và Thu Bồn với hai tâm mưa tương ứng là Bà Na và Trà My thường xảy ra lớn không đồng thời, đồng kỳ tạo nên sự chênh lệch lớn về mực nước tại các ngã ba sông gây ra xói lở trầm trọng, cắt dòng, chuyển dòng Cửa sông Thu Bồn (Cửa Đại) bị bồi mạnh, độ rộng cửa sông có xu thế nâng lên Với diện tích lưu vực 10350 km2 có hai tâm mưa lớn 4000 ~ 5000mm/năm mà chỉ có hai cửa thoát duy nhất là cửa Hàn và cửa Đại quá hẹp là không tương thích. Dòng chảy lũ muốn chảy dồn sang cửa Tam Kỳ thì sông Trường Giang đã bị ngập đầy nước không thoát được. Nước lũ dềnh ứ lên làm ngập đồng bằng và hai thành phố ngày một trầm trọng thêm. Những nguyên nhân đó càng thể hiện rõ hơn trong mùa lũ 1998 với cơn bão số 5 (19- 23- XI) và cơn bão số 6 (25- XI) lũ lớn đã gây ra 27 điểm sạt lỡ và bồi mạnh trên hệ thống sông Thu Bồn và gây nên nhiều hậu quả nghiêm trọng. Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 9 III.Ứng dụng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy lũ trên sông Thu Bồn - Mô hình hoá hệ thống sông Thu Bồn - Vô Gia tỉnh Quảng Nam - Đà Nẵng. - Dùng trận lũ tháng XI/1998 ( từ ngày 18 đến 25/XI/1998 ) để nghiên cứu. - Tài liệu :  Tài liệu mặt cắt ngang các sông Thu Bồn, S.Vĩnh Điện, S. Hàn, S. Vu Gia.  Tài liệu về mực nước các trạm đo trên các sông  Tài liệu về lưu lượng lũ của các trạm đo trên sông.  Tài liệu về mực nước triều vùng cửa sông. Quá trình mô phỏng: Do hạn chế về tài liệu và thời gian nghiên cứu nên báo cáo này chỉ xin trình bày về ứng dụng mô hình DUFLOW để tính toán dòng chảy lũ cho hệ thống sông Thu Bồn. 1. Đầu vào Nhập tên các nót, các mặt cắt tính toán cùng với toạ độ của các nót từ đó ta có thể sơ đồ được mạng lưới hệ thống sông. Vào các giá trị đặc trưng của dòng chảy như mực nước, chiều rộng dòng chảy, chiều rộng mặt cắt sông, cao trình đáy sông, độ nhám lòng sông, các giá trị biên (tài liệu về mực nước lũ Hlũ, Qlũ, quan hệ Q~H, tài liệu về mưa), các điều kiện ban đầu (mực nước H, Lưu lượng Q). Đối với hệ thống sông Thu Bồn thì tài liệu biên trên ta lấy các giá trị lưu lượng đo đạc được của trạm Thành Mỹ và trạm Nông Sơn trên các sông Vụ Gia, Thu Bồn. Các biên dưới ta lấy các giá trị mực nước triều tại các cửa sông như cửa Đại, cửa sông Hàn, cửa sông Trường Giang. Các tài liệu này được ghi trong file *.NET ; *.BEG ; *.BND. 2. Quá trình tính toán Dùa vào các dữ liệu ghi trong các file đầu vào ở trên, mô hình sẽ thực hiện quá trình tính toán tại các vị trí khác nhau trong các bước thời gian khác nhau. Trong quá trình tính toán, chương trình có thể bị dừng nếu dữ liệu đưa vào chưa Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 10 chính xác, và phù hợp với format. Trong trường hợp đó mô hình sẽ thông báo lỗi và sẽ chỉ ra các biện pháp để giải quyết các lỗi đó. Ta có thể điều chỉnh được bước thời gian tính toán, có thể lùa chọn công thức tính toán. Tất cả những thay đổi này được ghi trong file *.CTR. 3. Đầu ra Các dữ liệu được đưa vào dưới dạng file số liệu mô hình sẽ thực hiện quá trình tính toán. Các kết quả tính toán được hiển thị dưới dạng đồ hoạ. Chương trình sẽ vẽ được các đường quan hệ (Q ~ H ~ V ) tại các vị trí khác nhau, ở các thời điểm khác nhau của trận lũ (Các kết quả tính toán được ghi trong phụ lục 1). 4. Đánh giá kết quả nghiên cứu. Với kết quả tính toán được của mô hình (phụ lục 1) ta thấy các giá trị mực nước tính toán đều có dạng phù hợp với xu thế của các đường quá trình lưu lượng. Mực nước tính toán theo mô hình nếu đem so sánh với tài liệu địa hình của lưu vực sông thì sẽ xảy ra tình trạng chảy tràn, mực nước trên sông cao hơn rất nhiều so với cao trình của các công trình bảo vệ bên hai bờ sông. Chẳng hạn theo kết quả tính toán cho thấy : Mực nước cao nhất trên sông ở vị trí trạm đo Giao Thuỷ là H = 9.14 (m) trong khi đó cao trình của công trình bảo vệ bờ là 5.16 (m). Hay ở vị trí dưới chân cầu Câu Lâu, mực nước tính toán là H = 5.06 (m) trong khi đó cao trình bảo vệ bờ là 3.46 (m). Như vậy sẽ xảy ra hiện tượng chảy tràn trên hệ thống sông. Và các kết quả đo đạc được trên hệ thống sông Thu Bồn trong trận lũ xảy ra vào năm 98 vừa qua đã chứng minh được điều đó. Mô hình DUFLOW cho phép tính toán kiểm tra các giá trị tính toán của mô hình với các giá trị đo đạc ngoài thực tế. Các giá trị đo đạc dùng để kiểm nghiệm mô hình được ghi trong file *.MSR. Các gía trị này có thể là lưu lượng, mực nước, vận tốc hay nồng độ các chất nhiễm bẩn. (Các kết quả kiểm nghiệm của mô hình được ghi trong phụ lục 2). Trong mô hình cho phép ta đưa vào các giá trị đã đo đạc được ngoài thực tế để kiểm nghiệm kết quả tính toán. Trong trường này ta đưa vào các giá trị mực nước đo đạc được tại các trạm Câu Lâu, Ái Nghĩa, Hội An để kiểm tra đánh giá kết quả tính toán. Dùa trên các kết quả tính toán được của mô hình so với các kết quả thực đo ta thấy có sự phù hợp tương đối chính xác cho thấy khả năng ứng dụng của mô hình trong việc tính toán dòng chảy lũ trên hệ thống sông Thu Bồn là tương đối tốt. Các giá trị tính toán như mực nước, lưu lượng, vận tốc tại Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V [...].. .Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 11 các vị trí trên sông đều đạt được kết quả chính xác so với tài liệu thực đo của trận lũ trên sông năm 1998 IV.Những nhận xét về việc ứng dụng mô hình DUFLOW Mô hình DUFLOW có thể mô phỏng được quá trình dòng chảy trong sông, tính toán được các giá trị thu lực của dòng chảy Mô hình có thể tính toán được chế độ dòng chảy ở vùng... kết quả tính toán của mô hình ta có thể xác định được cao trình mực nước ở những nơi xung yếu, tính toán được lưu lượng Nghiên cứu khoa học sinh viên 39V Nguyễn Hoàng Đức NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 12 dòng chảy, vận tốc dòng chảy ở những vị trí quan trọng trên sông Từ đó đề ra các biện pháp gia cố bảo vệ bờ, chỉnh trị dòng chảy, xây dựng các... kết Mô hình DUFLOW là một mô hình mới của nước ngoài, được áp dụng để tính toán quá trình dòng chảy lũ trong tình hình điều kiện cụ thể của sông ngòi nước ta chỉ trong thời gian gần đây Tuy nhiên kết quả tính toán của mô hình là khá chính xác Mô hình có thể ứng dụng tốt cho các sông có đê quai bảo vệ như các sông ở miền Bắc nước ta Bên cạnh đó mô hình cũng tính toán được quá trình truyền chất trong sông, ... hình, địa chất của lưu vực nghiên cứu dùa vào mô hình DUFLOW ta có thể tính toán được quá trình dòng chảy lũ theo thời gian tại các vị trí khác nhau trên sông Nếu có các tài liệu về nồng độ cũng như hàm lượng các chất trong sông ta sẽ tính toán được quá trình truyền chất, xu thế diễn biến của các chất theo thời gian tại các vị trí tính toán Qua quá trình ứng dụng mô hình cho hệ thống sông Thu Bồn- Vụ. .. bài toán giữa dòng chảy và chầt lượng dòng chảy, đây là vấn đề đang là mối quan tâm chú ý của các nhà thu văn, môi trường trong công tác quy hoạch và quản lý nguồn nước Trong báo cáo này em xin được trình bày vấn đề nghiên cứu về tính toán dòng chảy lũ trên sông Thu Bồn Do thời gian nghiên cứu và tài liệu tính toán còn hạn chế nên báo cáo chỉ dừng ở đây Phần tính toán chất lượng của dòng chảy trên sông. .. vùng cửa sông (Cửa Đại) 4 Tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình DUFLOW 5 Giáo trình Thu Văn Thiết Kế 6 Giáo trình Mô Hình Toán Thu Văn 7 Giáo trình Môi Trường và con người Nghiên cứu khoa học sinh viên 39V Nguyễn Hoàng Đức NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 14 Phụ lục Nghiên cứu khoa học sinh viên 39V Nguyễn Hoàng Đức NguyÔn Hoµng §øc - 39V ... cho em, cám ơn những người bạn đã ủng hộ, động viên, và khích lệ về nhiều mặt giúp em có thể hoàn thành bản báo cáo khoa học này Nghiên cứu khoa học sinh viên 39V Nguyễn Hoàng Đức NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 13 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Các tài liệu đo đạc trên hệ thống sông Thu Bồn - Vô Gia 2 Tài liệu về đặc điểm, điều kiện tự nhiên, dân sinh... chế độ dòng chảy ở vùng cửa sông ven biển, tính toán được quá trình xâm nhập mặn của nước biển vào sông, đồng thời tình toán được quá trình chảy của dòng nước qua hệ thống các công trình thu lợi như chảy qua đập tràn, chảy qua các đường ống, cống, ống siphon, quá trình bơm xả của các trạm bơm Hơn thế nữa mô hình có thể tính toán được quá trình truyền chất trong sông, tính toán được nồng độ và hàm lượng... thấy khả năng ứng dụng của mô hình rất lớn, phạm vi ứng dụng của mô hình rất rộng rãi Kết quả của tính toán của mô hình có thể được sử dụng làm sở để tính toán thiết kế các hệ thống công trình thu lợi, và quản lý và quy hoạch các nguồn tài nguyên nước Từ tài liệu quan trắc nhiều năm của một lưu vực nghiên cứu nào đó, ta tính toán được quá trình dòng chảy với tần suất thiết kế tương ứng, với các tài... Bồn- Vụ Gia ta thấy kết quả tính toán của mô hình là khá chính xác, có thể tin cậy được Đối với hệ thống sông Thu Bồn, nơi các công trình bảo vệ bờ có cao trình tương đối thấp, dân cư tập trung đông ở hai bên bờ sông, nếu có một trận lũ lớn nào xảy ra như trận lũ năm 1998 thì hậu quả nghiêm trọng như thế nào thì không thể nói trước được Do vậy việc tính toán, kiểm tra các giá trị đặc trưng của dòng chảy . - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 9 III .Ứng dụng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy lũ trên sông Thu Bồn - Mô hình hoá hệ thống sông. việc ứng dụng mô hình DUFLOW Mô hình DUFLOW có thể mô phỏng được quá trình dòng chảy trong sông, tính toán được các giá trị thu lực của dòng chảy. Mô hình có thể tính toán được chế độ dòng chảy. Đức - 39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 2 đời, phiên bản này cho phép khối lượng tính toán được mở rộng hơn, số lượng mặt cắt tính toán