Phan+Thị+Anh+Phương

1 LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Thủy văn với đề tài “Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính tốn xâm nhập mặn cho sơng Trà Lý” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo Trường Đại Học Tài nguyên mơi trường Hà Nội gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Khí Tượng Thủy Văn Khoa Tài Nguyên Nước – Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt thầy Th.S Trần Văn Tình hướng dẫn dạy tận tình cho em hồn thành đồ án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới người thân toàn thể bạn lớp chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành nhiệm vụ học tập đồ án Do đồ án thực thời gian có hạn, tài liệu tham khảo số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung đồ án thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp q báu thầy giáo tồn thể bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện tốt Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2015 Sinh viên thực Phan Thị Anh Phương MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt Bố cục đồ án CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN CỦA LƯU VỰC HỆ THỐNG SƠNG HỒNG – SƠNG THÁI BÌNH 10 1.1 Điều kiện tự nhiên 10 1.1.1 Vị trí địa lý 10 1.1.2 Đặc điểm địa chất 13 1.1.3 Đặc điểm thổ nhưỡng 14 1.1.4 Lớp phủ thực vật 15 1.1.5 Đặc điểm khí hậu 16 1.1.6 Đặc điểm Thủy văn 20 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội lưu vực sơng Hồng – Thái Bình 23 1.2.1 Hiện trạng phát triển dân số 23 1.2.2 Văn hóa, giáo dục, y tế 23 1.3 Thực trạng xâm nhập mặn 24 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH THỦY LỰC HỆ THỐNG SƠNG 25 2.1 Giới thiệu tổng quan mơ hình thủy lực hệ thống sơng 25 2.1.1 Mơ hình nước 25 2.1.2 Mơ hình nước ngồi 26 2.1.3 Ưu nhược điểm mơ hình 27 2.2 Giới thiệu mơ hình mike 11 27 2.2.1 Tổng quát Mike 11 27 2.2.2 Khả ứng dụng mơ hình 28 CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ LUẬN GIẢI BÀI TOÁN XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN 29 3.1 Các phương trình 29 3.1.1 Hệ phương trình Saint Venant 29 3.1.2 Phương trình truyền chất chiều tổng quát ( phương trình truyền mặn ) 30 3.2 Phương pháp giải tốn truyền mặn cửa sơng 31 3.2.1 Phương hướng giải toán truyền mặn chiều 31 3.2.2 Giải hệ phương trình Saint Venant theo phương pháp sai phân 32 3.2.3 Phương pháp giải phương trình truyền mặn theo phương pháp số 35 3.3 Lựa chọn phần mềm tính toán 37 3.3.1 Căn lựa chọn mơ hình 37 3.3.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn 38 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG THỦY LỰC HỆ THỐNG SƠNG HỒNG – THÁI BÌNH VÀ TÍNH TỐN XÂM NHẬP MẶN CHO SÔNG TRÀ LÝ 39 4.1 Các thao tác Mike 11 39 4.1.1.Xây dựng mạng lưới sông 40 4.1.2 Biên tập xử lý mặt cắt 41 4.1.3 Biên tập xử lý biên đầu vào cho mơ hình 43 4.1.4 Biên tập file thủy lực HD 44 4.1.5 Biên tập file khuyếch tán AD 45 4.1.6 Tạo file mô hệ thống 46 4.2 Các trường hợp tính tốn 48 4.3 Tính tốn xâm nhập mặn sơng Trà Lý 48 4.3.1 Hiệu chỉnh mô hình tính tốn 48 4.3.2 Kết kiểm định mơ hình 52 4.3.3 Kết tính tốn cho kịch 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng phân phối độ cao lưu vực sông Hồng 12 Bảng 1.2: Diện tích phân bổ theo cao độ đồng sông Hồng - sông Thái Bình 13 Bảng 1.3:Loại đất lưu vực sơng Hồng - Thái Bình 14 Bảng 4.1: Các trạm thủy văn kiểm định thông số thủy lực 50 Bảng 4.2: Kết kiểm định hệ số Nash trạm Triều Dương 50 Bảng 4.3: Các trạm đo mặn kiểm định hệ số khuếch tán 51 Bảng 4.4: Kết kiểm định hệ số Nash trạm Quyết Chiến 52 Bảng 4.5: Kết độ mặn lớn dọc theo sông Trà Lý kịch 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sơng Hồng - Thái Bình 10 Hình 1.2: Bản đồ trạng sử dụng đất năm 2003 lưu vực sơng Hồng- Thái Bình 16 Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn đại lượng hệ phương trình S -V 30 Hình 3.2: Sơ đồ sai phân điểm Abbott-Ionescu 32 Hình 3.3: Sơ đồ sai phân điểm cho phương trình liên tục 33 Hình 3.4: Sơ đồ sai phân điểm cho phương trình động lượng 34 Hình 3.5 : Lưới sai phân dùng tính tốn truyền mặn Preissman 36 Hình 4.1: Cửa sổ bắt đầu dự án mơ hình Mike 11 39 Hình 4.2: Mô đuyn tải khuyếch tán 39 Hình 4.3: Cửa sổ điều khiển Simulation mơ hình MIKE 11 40 Hình 4.4: Kết xây dựng mạng lưới hệ thống sơng Hồng - sơng Thái Bình 41 Hình 4.5: Cửa sổ tạo file để nhập mặt cắt 42 Hình 4.6: Cửa sổ Insert Branch 42 Hình 4.7: Cửa sổ nhập số liệu mặt cắt ngang 43 Hình 4.8: Cửa sổ Boundary editor 43 Hình 4.9: Cửa sổ tạo file thơng số thuỷ lực (parameter) 45 Hình 4.10: Cửa sổ tạo file thơng số tải khuyếch tán (parameter) 46 Hình 4.11: Cửa sổ input nhập file mô 47 Hình 4.12: Cửa sổ simulation 47 Hình 4.13: Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình 49 Hình 4.14: Kết hiệu chỉnh HD trạm Triều Dương sơng Luộc 50 Hình 4.15: Kết hiệu chỉnh AD trạm Đông Quý sông Trà Lý 51 Hình 4.16: Kết kiểm định HD trạm Quyết Chiến sông Trà Lý 52 Hình 4.17: Kết kiểm định AD trạm Đông Quý sông Trà Lý 53 Hình 4.18 Diễn biến mặn dọc sơng Trà Lý theo kịch 57 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tình trạng thay đổi khí hậu tồn cầu nay, khí hậu nước ta nằm vùng chịu ảnh hưởng Tình hình bão, lũ, hạn hán, giá rét, ngập mặn diễn phức tạp có tác động xấu đến đời sống người kinh tế xã hội Trong năm gần đây, tình hình xâm nhập mặn qua cửa sông lấn sâu vào đất liền mạnh phức tạp, nước mặn xâm nhập vào sơng đất liền, có nơi cách bờ biển đến 40 - 50 km Mà nguyên nhân xâm nhập mặn thời tiết người gây Về thời tiết, đất liền Thời tiết diễn biến ngày phức tạp, bão, lũ nhiều liên tục, rét đậm, rét hại kéo dài nhiều ngày, tình hình khơ hạn xảy khốc liệt từ tháng 12 đến tháng năm sau, cịn biển trái đất ngày nóng lên, khối băng lớn bán cực ngày tan nhanh làm mực nước biển ngày dâng cao, lúc mực nước đệm đất liền ngày thấp đi, dẫn đến nước biển ngày xâm nhập sâu vào đất liền Còn người, hoạt động phá rừng bừa bãi, nhu cầu sử dụng nước ngày tăng nguồn nước ngày thiếu trầm trọng Vấn đề xâm nhập mặn vấn đề nóng hổi nước nói chung lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình nói riêng Hàng năm, lưu vực chịu nhiều tổn thất ngành nơng nghiệp Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng xâm nhập mặn sông Trà Lý có ý nghĩa lớn mang lại nhiều lợi ích kinh tế xã hội quan trọng, từ đưa đưa giải pháp hợp lý cho việc ngăn mặn giữ lưu vực Mục đích đề tài Đồ án thực nhằm mục đích sau: tìm hiểu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình, sở lý luận giải toán xâm nhập mặn vùng cửa sơng ven biển ứng dụng mơ hình Mike 11 tính tốn xâm nhập mặn cho sơng Trà Lý Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Điều tra, thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu có - Nghiên cứu sở lý thuyết mơ hình tính - Lựa chọn phương pháp tính tốn, mơ hình tính tốn phần mềm hợp lý để tính tốn phân tích thủy lực dịng chảy khả xâm nhập mặn 9 - Phân tích đánh giá kết Kết dự kiến đạt - Nêu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình - Tìm phương pháp tốn xâm nhập mặn vùng cửa sơng để từ chọn mơ hình cần chọn để giải toán xâm nhập mặn - Tính tốn diễn biến xâm nhập mặn cửa sơng vùng triều trường hợp bình thường biến đổi khí hậu, nước biển dâng - Kết luận kiến nghị Bố cục đồ án Đồ án chia làm chương, bao gồm nội dung sau: Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình Chương 2: Tổng quan mơ hình thủy lực hệ thống sông Chương 3: Cơ sở lý luận giải tốn xâm nhập mặn vùng cửa sơng ven biển Chương 4: Ứng dụng mơ hình Mike 11 mơ thủy lực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình tính tốn xâm nhập mặn cho sơng Trà Lý 1 LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Thủy văn với đề tài “Ứng dụng mơ hình MIKE 11 tính tốn xâm nhập mặn cho sơng Trà Lý” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo Trường Đại Học Tài nguyên môi trường Hà Nội gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Khí Tượng Thủy Văn Khoa Tài Nguyên Nước – Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt thầy Th.S Trần Văn Tình hướng dẫn dạy tận tình cho em hồn thành đồ án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới người thân toàn thể bạn lớp chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành nhiệm vụ học tập đồ án Do đồ án thực thời gian có hạn, tài liệu tham khảo số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung đồ án cịn thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp q báu thầy giáo tồn thể bạn sinh viên để đồ án hồn thiện tốt Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2015 Sinh viên thực Phan Thị Anh Phương MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt Bố cục đồ án CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN CỦA LƯU VỰC HỆ THỐNG SƠNG HỒNG – SƠNG THÁI BÌNH 10 1.1 Điều kiện tự nhiên 10 1.1.1 Vị trí địa lý 10 1.1.2 Đặc điểm địa chất 13 1.1.3 Đặc điểm thổ nhưỡng 14 1.1.4 Lớp phủ thực vật 15 1.1.5 Đặc điểm khí hậu 16 1.1.6 Đặc điểm Thủy văn 20 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội lưu vực sơng Hồng – Thái Bình 23 1.2.1 Hiện trạng phát triển dân số 23 1.2.2 Văn hóa, giáo dục, y tế 23 1.3 Thực trạng xâm nhập mặn 24 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH THỦY LỰC HỆ THỐNG SÔNG 25 2.1 Giới thiệu tổng quan mơ hình thủy lực hệ thống sông 25 2.1.1 Mơ hình nước 25 2.1.2 Mơ hình nước 26 2.1.3 Ưu nhược điểm mơ hình 27 2.2 Giới thiệu mơ hình mike 11 27 2.2.1 Tổng quát Mike 11 27 2.2.2 Khả ứng dụng mơ hình 28 CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ LUẬN GIẢI BÀI TOÁN XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN 29 3.1 Các phương trình 29 3.1.1 Hệ phương trình Saint Venant 29 3.1.2 Phương trình truyền chất chiều tổng quát ( phương trình truyền mặn ) 30 3.2 Phương pháp giải tốn truyền mặn cửa sơng 31 3.2.1 Phương hướng giải toán truyền mặn chiều 31 3.2.2 Giải hệ phương trình Saint Venant theo phương pháp sai phân 32 3.2.3 Phương pháp giải phương trình truyền mặn theo phương pháp số 35 3.3 Lựa chọn phần mềm tính tốn 37 3.3.1 Căn lựa chọn mơ hình 37 3.3.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn 38 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG THỦY LỰC HỆ THỐNG SƠNG HỒNG – THÁI BÌNH VÀ TÍNH TỐN XÂM NHẬP MẶN CHO SÔNG TRÀ LÝ 39 4.1 Các thao tác Mike 11 39 4.1.1.Xây dựng mạng lưới sông 40 4.1.2 Biên tập xử lý mặt cắt 41 4.1.3 Biên tập xử lý biên đầu vào cho mô hình 43 4.1.4 Biên tập file thủy lực HD 44 4.1.5 Biên tập file khuyếch tán AD 45 4.1.6 Tạo file mô hệ thống 46 4.2 Các trường hợp tính tốn 48 4.3 Tính tốn xâm nhập mặn sông Trà Lý 48 4.3.1 Hiệu chỉnh mơ hình tính tốn 48 4.3.2 Kết kiểm định mơ hình 52 4.3.3 Kết tính tốn cho kịch 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng phân phối độ cao lưu vực sông Hồng 12 Bảng 1.2: Diện tích phân bổ theo cao độ đồng sơng Hồng - sơng Thái Bình 13 Bảng 1.3:Loại đất lưu vực sơng Hồng - Thái Bình 14 Bảng 4.1: Các trạm thủy văn kiểm định thông số thủy lực 50 Bảng 4.2: Kết kiểm định hệ số Nash trạm Triều Dương 50 Bảng 4.3: Các trạm đo mặn kiểm định hệ số khuếch tán 51 Bảng 4.4: Kết kiểm định hệ số Nash trạm Quyết Chiến 52 Bảng 4.5: Kết độ mặn lớn dọc theo sông Trà Lý kịch 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sơng Hồng - Thái Bình 10 Hình 1.2: Bản đồ trạng sử dụng đất năm 2003 lưu vực sơng Hồng- Thái Bình 16 Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn đại lượng hệ phương trình S -V 30 Hình 3.2: Sơ đồ sai phân điểm Abbott-Ionescu 32 Hình 3.3: Sơ đồ sai phân điểm cho phương trình liên tục 33 Hình 3.4: Sơ đồ sai phân điểm cho phương trình động lượng 34 Hình 3.5 : Lưới sai phân dùng tính tốn truyền mặn Preissman 36 Hình 4.1: Cửa sổ bắt đầu dự án mơ hình Mike 11 39 Hình 4.2: Mơ đuyn tải khuyếch tán 39 Hình 4.3: Cửa sổ điều khiển Simulation mơ hình MIKE 11 40 Hình 4.4: Kết xây dựng mạng lưới hệ thống sơng Hồng - sơng Thái Bình 41 Hình 4.5: Cửa sổ tạo file để nhập mặt cắt 42 Hình 4.6: Cửa sổ Insert Branch 42 Hình 4.7: Cửa sổ nhập số liệu mặt cắt ngang 43 Hình 4.8: Cửa sổ Boundary editor 43 Hình 4.9: Cửa sổ tạo file thơng số thuỷ lực (parameter) 45 Hình 4.10: Cửa sổ tạo file thông số tải khuyếch tán (parameter) 46 Hình 4.11: Cửa sổ input nhập file mô 47 Hình 4.12: Cửa sổ simulation 47 Hình 4.13: Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình 49 Hình 4.14: Kết hiệu chỉnh HD trạm Triều Dương sông Luộc 50 Hình 4.15: Kết hiệu chỉnh AD trạm Đông Quý sông Trà Lý 51 Hình 4.16: Kết kiểm định HD trạm Quyết Chiến sông Trà Lý 52 Hình 4.17: Kết kiểm định AD trạm Đơng Q sơng Trà Lý 53 Hình 4.18 Diễn biến mặn dọc sông Trà Lý theo kịch 57 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tình trạng thay đổi khí hậu tồn cầu nay, khí hậu nước ta nằm vùng chịu ảnh hưởng Tình hình bão, lũ, hạn hán, giá rét, ngập mặn diễn phức tạp có tác động xấu đến đời sống người kinh tế xã hội Trong năm gần đây, tình hình xâm nhập mặn qua cửa sông lấn sâu vào đất liền mạnh phức tạp, nước mặn xâm nhập vào sơng đất liền, có nơi cách bờ biển đến 40 - 50 km Mà nguyên nhân xâm nhập mặn thời tiết người gây Về thời tiết, đất liền Thời tiết diễn biến ngày phức tạp, bão, lũ nhiều liên tục, rét đậm, rét hại kéo dài nhiều ngày, tình hình khơ hạn xảy khốc liệt từ tháng 12 đến tháng năm sau, cịn biển trái đất ngày nóng lên, khối băng lớn bán cực ngày tan nhanh làm mực nước biển ngày dâng cao, lúc mực nước đệm đất liền ngày thấp đi, dẫn đến nước biển ngày xâm nhập sâu vào đất liền Còn người, hoạt động phá rừng bừa bãi, nhu cầu sử dụng nước ngày tăng nguồn nước ngày thiếu trầm trọng Vấn đề xâm nhập mặn vấn đề nóng hổi nước nói chung lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình nói riêng Hàng năm, lưu vực chịu nhiều tổn thất ngành nơng nghiệp Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng xâm nhập mặn sơng Trà Lý có ý nghĩa lớn mang lại nhiều lợi ích kinh tế xã hội quan trọng, từ đưa đưa giải pháp hợp lý cho việc ngăn mặn giữ lưu vực Mục đích đề tài Đồ án thực nhằm mục đích sau: tìm hiểu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình, sở lý luận giải tốn xâm nhập mặn vùng cửa sơng ven biển ứng dụng mơ hình Mike 11 tính tốn xâm nhập mặn cho sông Trà Lý Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Điều tra, thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu có - Nghiên cứu sở lý thuyết mơ hình tính - Lựa chọn phương pháp tính tốn, mơ hình tính tốn phần mềm hợp lý để tính tốn phân tích thủy lực dịng chảy khả xâm nhập mặn 9 - Phân tích đánh giá kết Kết dự kiến đạt - Nêu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình - Tìm phương pháp tốn xâm nhập mặn vùng cửa sơng để từ chọn mơ hình cần chọn để giải tốn xâm nhập mặn - Tính tốn diễn biến xâm nhập mặn cửa sông vùng triều trường hợp bình thường biến đổi khí hậu, nước biển dâng - Kết luận kiến nghị Bố cục đồ án Đồ án chia làm chương, bao gồm nội dung sau: Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình Chương 2: Tổng quan mơ hình thủy lực hệ thống sơng Chương 3: Cơ sở lý luận giải toán xâm nhập mặn vùng cửa sông ven biển Chương 4: Ứng dụng mơ hình Mike 11 mơ thủy lực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình tính tốn xâm nhập mặn cho sông Trà Lý