Ứng dụng mô hình toán Mike21Fm đánh giá hiệu quả công trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn sau khi xây dựng cống ngăn triều kinh lộ thuộc hệ thống công trình chống ngập cho khu vực thành phố Hồ

Nhằm giúp các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu, mời các bạn cùng tham khảo bài viết Ứng dụng mô hình toán Mike21Fm đánh giá hiệu quả công trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn sau khi xây dựng cống ngăn triều kinh lộ thuộc hệ thống công trình chống ngập cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh, hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

ứng dụng mô hình toán MIKE21FM đánh giá hiệu công trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn sau xây dựng cống ngăn triều Kinh Lộ thuộc hệ thống công trình chống ngập cho khu vực Thành phố Hå ChÝ Minh PGS.TS Phạm Thị Hương Lan TS Trần Thanh Tùng Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Sau xây dựng cống ngăn triều chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh theo quy hoạch thuỷ lợi chống ngập úng cho khu vực THPCM Thủ tướng Chính phủ phê duyệt định số 1547/QĐ-TTg nhiều ảnh hưởng đến diễn biến lòng dẫn Bài báo sâu giới thiệu việc ứng dụng mơ hình tốn MIKE21FM để đánh giá hiệu cơng trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn sau xây dựng cống ngăn triều Kinh Lộ, 12 hệ thống cống lớn chống ngập cho khu vực TPHCM Mở đầu Theo định 1547/QĐ-TTg quy hoạch thủy lợi Thủ tướng phê duyệt ngày 28/10/2008 đề xuất giải pháp thủy lợi nhằm giải tình trạng ngập úng Thành phố Hồ Chí Minh triển khai giai đoạn cho dự án khu vực bờ hữu sơng Sài Gòn – Nhà Bè bao gồm: Đợt 1: Xây dựng cống lớn cửa rạch Phú Xuân, Mương Chuối, Sông Kinh, Kinh Lộ, Thủ Bộ, kênh Hàng cống nhỏ rạch khác; xây dựng tuyến đê bao nối cống; nạo vét kênh trục tiêu thoát nước trung tâm thành phố phía Nam Đợt 2: Xây dựng cống lớn Rạch Tra, Vàm Thuật cống nhỏ khác liên hoàn với tiểu dự án hệ thống thủy lợi bờ hữu sơng Sài Gòn; nạo vét tuyến trục Rạch Tra – An Hạ - Nam Sài Gòn; Vàm Thuật – Tham Lương – Bến Cát – rạch Nước Lên Đợt 3: Xây dựng cống hai đầu kênh Đôi – Tẻ - Chợ Đệm Bến Nghé, Tân Thuận, Bến Lức, kênh Xáng Lớn, mở thơng cống An Hạ hữu; xây dựng hồn chỉnh tuyến đê bao cống nhỏ đê khác Khi xây dựng cống ngăn triều nhiều ảnh hưởng đến diễn biến lòng dẫn hệ thống sơng Đồng Nai – Sài Gòn Nhìn 20 chung, ảnh hưởng việc xây dựng cơng trình sông hệ thống cống ngăn triều thường xem xét mặt: ảnh hưởng cục ảnh hưởng mang tính tổng thể - Ảnh hưởng cục thường quan tâm nhà thiết kế việc tính tốn dự báo xói sâu cục bộ, thiết kế trụ cống biện pháp bảo vệ cống - Ảnh hưởng mang tính tổng thể, phổ biến thường quan tâm nhà thủy lợi, quản lý đê điều nghiên cứu xây dựng cơng trình phòng chống sạt lở, ổn định lòng dẫn bờ sơng Bài báo trích dẫn kết nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn MIKE21FM đánh giá hiệu cơng trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn sau xây dựng cống ngăn triều Kinh Lộ thuộc hệ thống cơng trình chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Các trường hợp tính tốn đề cập đến bao gồm: - Tính tốn diễn biến lòng dẫn sơng Kinh Lộ (giai đoạn xây dựng cống, chưa gia cố bảo vệ cơng trình cống (trụ đáy) gia cố bảo vệ bờ đoạn sơng bị xói lở lòng dẫn - Tính tốn diễn biến lòng dẫn sơng Kinh Lộ sau gia cố bảo vệ trụ cống, đáy, bảo vệ bờ chống xói lòng dẫn 2 Ứng dụng mơ hình MIKE21FM tính tốn diễn biến lòng dẫn sơng Kinh Lộ sau xây dựng Cống Kinh Lộ MIKE 21FM phần mềm thương mại để tính tốn dòng chảy, sóng, vận chuyển trầm tích sinh thái học sông, hồ, cửa sông, vịnh, vùng biển ven bờ biển ngồi khơi MIKE 21FM cung cấp mơi trường thiết kế hồn chỉnh có hiệu cho ứng dụng kỹ thuật, quản lý tổng hợp vùng bờ lập kế hoạch Sự kết hợp giao diện đồ họa dễ sử dụng với kỹ thuật tính tốn có hiệu tạo cung cụ hữu ích cho nhà quản lý nhà thiết kế cơng trình tồn giới Mơ hình dòng chảy xây dựng dựa phương pháp lưới phần tử hữu hạn Mơ hình phát triển việc tìm nghiệm số hệ phương trình Navier-Stokes hai chiều trung bình Reynolds cho chất lỏng khơng nén, kết hợp với giả thiết Boussinsq giả thiết áp suất thuỷ tĩnh Do đó, mơ hình bao gồm phương trình: phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình truyền nhiệt, phương trình bảo tồn muối mật độ Hệ phương trình khép kín sơ đồ khép kín rối Cơng trình “Cống Kinh Lộ” nằm rạch Kinh Lộ, nhánh sơng Sồi Rạp TP Hồ Chí Minh Vị trí dự kiến xây dựng cơng trình cách sơng Sồi Rạp phía rạch Kinh Lộ khoảng 550m Về mặt tổng thể, khu vực nghiên cứu nằm vùng hạ lưu lưu vực sông Đồng Nai sông Vàm Cỏ Đây vùng chuyển tiếp từ vùng gò đồi Đơng Nam Bộ Cao độ địa hình biến thiên từ cao trình + 30,00m (vùng phía Bắc Củ Chi, Thủ Đức) đến +0,5m (phía Nam quận 7, huyện Nhà Bè, cần Đước, Cần Giuộc) Độ dốc địa hình thấp dần từ Bắc Đông Bắc đến Tây Tây Nam Xã Hiệp Phước – Huyện Nhà Bè, nơi dự kiến xây dựng cơng trình khu vực thị hóa, tương lai khu vực thị cảng đại Hiện sở hạ tầng gồm đường sá, cầu khu dân cư, khu công nghiệp lớn đầu tư xây dựng với tốc độ nhanh Địa hình huyện Nhà Bè thành tạo đầm lầy trình khác gồm dải trũng tích tụ đầm lầy ven sơng Sài G.n, sơng Nhà Bè, sơng Lòng Tàu… Đây vùng thấp, trũng, độ cao trung bình từ +0,50m ÷ +1,20m Cống Kinh Lộ đầu tư xây dựng nhằm đạt mục tiêu: - Mục tiêu quan trọng với cơng trình kiểm sốt triều khác hệ thống đê bao kiểm soát thủy triều để giữ cho mực nước kênh rạch khu vực không vượt mức cho phép +1,00m, bảo đảm cho thành phố không bị ngập triều mùa khô hỗ trợ tăng cường khả tiêu thoát nước mưa với thủy triều mùa mưa, phục vụ phát triển kinh tế xã hội - Thứ hai vận hành phối hợp với cơng trình khác góp phần cải tạo mơi trường nước tạo nên dòng chảy chiều thời gian định, tiếp nước từ sơng Sài gòn tiêu phía Nam, sơng Sồi rạp - Thứ ba cải thiện điều kiện giao thông vùng hạn chế ảnh hưởng đến giao thơng liên vùng có tuyến đường thủy quốc gia Nhiệm vụ cống Kinh Lộ Căn theo mục tiêu quy hoạch dự án tổng thể, cơng trình cống Kinh Lộ dự kiến đảm nhiệm nhiệm vụ gồm: - Kiểm sốt mực nước triều sơng khơng vượt q +1.00m - Đảm bảo giao thông thủy qua lại với cấp đường sông cấp - Kết hợp giao thông phục vụ phát triển kinh tế với cầu giao thông đảm bảo tải trọng HL93 - Kết hợp vận hành với cơng trình khác để thau rửa nước cải tạo môi trường thành phố Sử dụng kết tính tốn Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam quy mơ cơng trình cống Kinh Lộ, chúng tơi tiến hành thiết lập lưới tính tốn, địa hình tính tốn cho khu vực sơng Kinh Lộ, giai đoạn xây 21 dựng cống mơ hình MIKE21FM Phạm vi nghiên cứu mơ hình đoạn sơng Kinh Lộ thượng lưu bến đò Hiệp Phước, hạ lưu sơng đổ sơng Sồi Rạp Trên khu vực nghiên cứu có nhiều rạch lớn nhỏ gồm Rạch số Hai, Rạch số Năm, Rạch Già Rạch Tắc Lầu Cơng trình sơng cầu Bàu Le thuộc sơng nhánh Vị trí biên tính tốn hình vẽ 1, biên q trình lưu lượng biên trình mực nước trích xuất từ mơ thủy lực chiều hệ thống từ ngày 1/10/2000 đến ngày 30/10/2000 Miền tính tốn mơ hình khống chế tuyến địa hình đo bên trái bên phải bao gồm tuyến đê bao giới hạn biên biên mơ sau: - Biên cứng: hệ thống đê bao bờ tả bờ hữu dọc đoạn sông nghiên cứu - Giới hạn biên (biên hở thượng lưu): Cửa vào mơ hình đặt vị trí gần bến đò Hiệp Phước, biên biểu diễn dạng trình đường lưu lượng theo thời gian Q~t, - Giới hạn biên (biên hở hạ lưu) mơ hình ngã ba sơng Kinh Lộ - Sồi Rạp, biên biểu diễn dạng trình đường mực nước theo thời tốn H~t, Chúng tơi sử dụng kết tính tốn từ mơ hình chiều MIKE11ST (trích dẫn từ kết nghiên cứu đề tài cấp nhà nước) để làm số liệu đầu vào cho toán chiều dùng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình theo vị trí kiểm tra 1,2,3 hình vẽ Các yếu tốc kiểm tra bao gồm mực nước lưu tốc dòng chảy Kết tính tốn cho hệ số NASH đạt 81% Do dùng thơng số mơ hình để tính tốn mơ diễn biến lòng dẫn sau xây dựng cống Hình 1: Biên lưu lượng bùn cát dung cho tính tốn mơ hình khu vực dự kiến xây dựng cống Kinh Lộ Tiến hành tính tốn mơ diễn biến lòng dẫn, vị trí sạt lở, phạm vi sạt lở phía thượng hạ lưu cống, sở đề xuất 22 giải pháp bảo vệ cơng trình bảo vệ bờ, ổn định lòng dẫn Kết thể hình vẽ sau: Hình 2: Thiết lập lưới tính toán khu vực nghiên cứu cống Kinh Lộ trường hợp có cống Hình 3: Địa hình tính toán khu vực xây dựng cống Kinh Lộ Hình 4: Phân bố lưu tốc khu vực cèng Kinh Lé 23 Kết tính tốn cho thấy mực nước trước cống dâng nhỏ, mực nước thời điểm 5h ngày 16/10/2000 chưa có cống 1.13m; có cống 1.25m Lưu tốc dòng chảy nhỏ, lưu tốc lớn vị trí cống vào thời điểm 1h ngày 16/10/2000 đạt 0.45m/s, nhỏ lưu tốc xói cho phép bùn cát khu vực này, chứng tỏ cống xây dựng sông không ảnh hưởng lớn đến chế độ dòng chảy khu vực Vận chuyển bùn cát đáy khu vực cống 0.00002m3/s/m, hàm lượng bùn cát lơ lửng biến thiên khoảng 40-55g/m3 Nhìn chung lòng sơng bị bồi tốc độ bồi không lớn; bùn cát dọc hai bờ sông bị sạt xuống đáy lòng dẫn mực nước dao động lớn kết hợp với địa chất yếu làm hai bờ sơng ổn định Xói lở vị trí trước cửa vào cửa cống dao động khoảng 0.4 đến 0.5m (tính cho trường hợp dòng triều lên dòng triều xuống) Phạm vi ảnh hưởng diễn biến lòng dẫn phía thượng hạ lưu cống dao động khoảng khoảng 200m Chiều sâu xói cục mố trụ cống trung bình dao động khoảng 2-3m, với lũ P=1% lên đến khoảng 5-6m Mơ diễn biến lòng dẫn sơng Kinh Lộ sau sử dụng biện pháp cơng trình bảo vệ đáy cống kè bảo vệ bờ Với kết tính tốn nêu cho thấy, sau xây dựng cống Kinh Lộ xảy xói cục vị trí cơng trình xói lòng dẫn phía thượng hạ lưu cống Do đó, cần có giải pháp gia cố bảo vệ bờ, ổn định lòng dẫn Giải pháp chọn kè lát mái bảo vệ bờ Tại vị trí cơng trình gia cố đổ bê tơng, đáy cống thượng hạ lưu gia cố BTCT M200 liên kết neo thép không gỉ, phạm vi gia cố 200m phía thượng hạ lưu, Bờ kênh gia cố cừ BTCT dự ứng lực cho kết cấu tường đứng rọ đá bê tông tự chèn gia cố cọc tràm cho kết cấu mái nghiêng Với giải pháp đề nghị nêu trên, chúng tơi tiến hành tính tốn mơ diễn biến lòng dẫn sau có giải pháp cơng trình mơ hình MIKE21FM Kết mơ địa hành tính tốn diễn biến lòng dẫn sau có giải pháp bảo vệ cống bờ thể hình vẽ sau: Hình 5: Cống Kinh Lộ với giải pháp bảo vệ gia cố đáy bảo vệ bờ mô mô hình MIKE 21 FM 24 Khi triỊu lªn Khi triỊu xng Hình 6: Trường lưu tốc vị trí cơng trình Hình 7: Diễn biến lòng dẫn cuối thời gian mơ Kết tính tốn diễn biến lòng dẫn cho thấy đoạn sông gần ngã ba giao Rạch Giồng Kinh Lộ, khu vực có kè bảo vệ bờ, diễn biến lòng dẫn diễn ít, mức độ thay đổi đáy sông không đáng kể, dao động khoảng ± 0,0810,097m/năm, lượng ngậm cát lơ lửng khoảng120 g/m3, tốc độ sạt lở bờ đoạn cong vào khoảng 0.8m/năm, lượng ngậm cát lơ lửng vị trí khoảng 650 g/m3 Tại vị trí cơng trình, gia cố đáy phía thượng hạ lưu cơng trình 200m, phạm vi lòng dẫn ổn định, nhiên phía thượng hạ lưu cơng trình phạm vi 200-300m, có biến động diễn biến lòng dẫn, khơng lớn, dòng chảy sau khỏi cống đoạn sau khu vực cố đáy có trường vận tốc có xu hướng song song với đường trục động lực, lưu tốc dòng chảy khơng lớn, khoảng 0,6-0,7m/s Sự biến động lòng dẫn chủ yếu xảy vị trí khu vực cửa vào âu thuyền Tại vị trí đầu cuối tường hướng dòng âu thuyền phía trước phía sau trụ cống chịu ảnh hưởng lớn dòng nước xảy xói, bồi triều lên xuống, đặc biệt tượng xói sâu, cần gia cố vị trí tốt Sau gia cố đáy bờ bảo vệ ổn định lòng dẫn, vận hành cống cần ý đến quy trình vận hành cống cho mức độ ảnh hưởng đến xói lở cục nhỏ Khi triều lên, cống vận hành trạng thái đóng cống, lưu tốc phía thượng lưu lại giảm so với trước xây dựng cống, xuất bồi lắng phía thượng lưu cống Khi triều rút, cống vận hành trạng thái mở cống, lưu tốc phía hạ lưu cống tăng lên 25 nhiều, lưu tốc phía thượng lưu lại giảm so với trước xây dựng cống dẫn đến tượng xói lở phía hạ lưu cống vận hành đóng mở cống, Chênh lệch lưu tốc lớn thời điểm mực nước lớn nhât thời điểm vận hành đóng mở cống phạm vi 0,22m/s - 0,45m/s, phía hạ lưu cống, mức độ gia cố cần cao so với phía thượng lưu cống Kết luận Việc ứng dụng mơ hình MIKE21FM để đánh giá diễn biến lòng dẫn, đặc biệt sau có biện pháp cơng trình bảo vệ bờ cơng trình cống ngăn triều giúp cho nhà thiết kế xác định phạm vi cần gia cố cơng trình bảo vệ trụ cống, bảo vệ đáy, xác định phạm vi cần bảo vệ bờ đánh giá hiệu công trình bảo vệ bờ Với cách làm áp dụng tương tự cho việc tính tốn mơ diễn biến lòng dẫn cống lại hệ thống 12 cống lớn chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu tham khảo a Báo cáo tóm tắt dự án đầu tư cống Kinh Lộ Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam thực b Trích báo cáo chuyên đề đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu dự báo diễn biến bồi lắng, xói lở lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn tác động hệ thống cơng trình chống ngập úng cải tạo mơi trường cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh” c E.D Andrews (1982), “Bank stability and channel width adjustment, East Fork River, Wyoming”, Water Resource Research 18 (4), pp1184-1192 Abstract APPLIED NUMERICAL MODEL MIKE21FM TO EVALUATE EFFECTIVENESS OF BANK PROTECTION WORKS AFTER CONSTRUCTION OF THE KINH LO SLUICE TO PREVENT FLOODING IN THE AREA OF HO CHI MINH CITY The morphology of the Dong Nai Sai Gon river system will be changed after the construction of the Kinh Lo sluice to prevent flooding for Ho Chi Minh city by the Prime Minister in Decision No 1547/QD-TTg The paper will introduce an application of using numerical model MIKE21FM to evaluate effectiveness of bank protection works after the construction of the sluice on the Dong Nai Sai Gon river system 26 ... trình bảo vệ trụ cống, bảo vệ đáy, xác định phạm vi cần bảo vệ bờ đánh giá hiệu cơng trình bảo vệ bờ Với cách làm áp dụng tương tự cho việc tính tốn mơ diễn biến lòng dẫn cống lại hệ thống 12 cống. .. Kinh Lộ sau sử dụng biện pháp công trình bảo vệ đáy cống kè bảo vệ bờ Với kết tính tốn nêu cho thấy, sau xây dựng cống Kinh Lộ xảy xói cục vị trí cơng trình xói lòng dẫn phía thượng hạ lưu cống. .. biến lòng dẫn sau có giải pháp cơng trình mơ hình MIKE21FM Kết mơ địa hành tính tốn diễn biến lòng dẫn sau có giải pháp bảo vệ cống bờ thể hình vẽ sau: Hình 5: Cống Kinh Lộ với giải pháp bảo vệ