Một số vấn đề phân tích lựa chọn mô hình toán trong việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Đồng Nai - Sài Gòn khu vực thành phố Hồ Chí Minh dưới ảnh hưởng của các công trình chống ngập

Bài viết Một số vấn đề phân tích lựa chọn mô hình toán trong việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Đồng Nai - Sài Gòn khu vực thành phố Hồ Chí Minh dưới ảnh hưởng của các công trình chống ngập phân tích lựa chọn mô hình toán trong việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Đồng Nai - Sài Gòn khu vực thành phố Hồ Chí Minh dưới ảnh hưởng của các công trình chống ngập. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để nắm bắt chi tiết.

Một số vấn đề phân tích lựa chọn mô hình toán việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Đồng Nai - Sài Gòn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng công trình chống ngËp PGS TS Phạm Thị Hương Lan ThS Trần Khắc Thạc ThS An Tuấn Anh Tóm tắt: Việc nghiên cứu tổng thể diễn biến, xói lở, bồi lấp lòng dẫn hệ thống sơng Đồng Nai - Sài Gòn xây dựng cống ngăn triều chống ngập cho khu vực TP Hồ Chí Minh Đây lĩnh vực khoa học phức tạp, cần tìm hiểu, đầu tư mặt thời gian kinh phí cách thỏa đáng, có đáp ứng mục tiêu phát triển dân sinh kinh tế vùng trọng điểm khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh Bài báo sâu phân tích lựa chọn mơ hình tốn việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng cơng trình chống ngập Mở đầu Hệ thống sơng Sài Gòn - Đồng Nai có ý nghĩa vô quan trọng phát triển kinh tế vùng đồng sơng Cửu Long nói chung thành phố Hồ Chí Minh nói riêng Sơng Đồng Nai - Sài Gòn thuộc khu vực thành phố Hồ Chí Minh tuyến giao thơng quan trọng vào bậc nước, nối liền Thành phố Hồ Chí Minh với miền Đông Nam Bộ, với miền Tây Nam Bộ, với nước Quốc tế Hệ thống sông nguồn cung cấp nước cho dân sinh, cho nông, lâm, ngư nghiệp, cho công nghiệp, dịch vụ, tuyến lũ, tuyến tiêu nước quan trọng Thành phố Hồ Chí Minh Nó nguồn cung cấp thủy sản nước mặn, nước lợ, nước cung cấp vật liệu xây dựng (cát xây dựng san lấp mặt bằng) tuyến du lịch sinh thái nối liền TP Hồ Chí Minh với vùng phụ cận Tuy nhiên, với tầm quan trọng vậy, năm qua, Thành phố Hồ Chí Minh ln bị úng ngập, sạt lở bờ sơng Sài Gòn… làm cản trở đến q trình phát triển thành phố Chính dự án Quy hoạch chống ngập úng cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh đời phủ phê duyệt quy hoạch theo định số 3608/QĐ-BNN114 KHCN góp phần chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Theo đó, hệ thống cơng trình chống ngập bao gồm có 12 cống lớn ngăn triều bao gồm Rạnh Tra, Vàm Thuật, Bến Nghé, Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, sông Kinh, sông Kinh Lộ, Kinh Hàng, Thủ Bộ, Bến Lức, Kênh Xáng Lớn xây dựng Khi xây dựng cống ngăn triều nhiều ảnh hưởng đến diễn biến lòng dẫn hệ thống sơng Đồng Nai – Sài Gòn Nhìn chung, ảnh hưởng việc xây dựng cơng trình sơng 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, thực chất tốn thủy lực cơng trình 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 sông Đánh giá nghiên cứu loại ảnh hưởng thực chất giải toán thủy lực hình thái sơng ngòi Vì việc nghiên cứu diễn biến lòng dẫn có cống ngăn triều xây dựng sơng cần thiết Hiện nay, mơ hình tốn mơ hình vật lý hai phương pháp quan trọng nghiên cứu diễn biến lòng sơng Mơ hình tốn sử dụng nhiều nghiên cứu tốn 1D, mơ hình vật lý sử dụng nhiều tốn 3D, tốn 2D sử dụng mơ hình tốn mơ hình vật lý Việc sử dụng mơ hình tốn hay vật lý phụ thuộc vào tầm quan trọng cơng trình giai đoạn nghiên cứu Với cơng trình quan trọng phải kết hợp hai loại mơ hình tốn vật lý nghiên cứu để bổ sung kiểm tra lẫn Trong giai đoạn quy hoạch, sử dụng mơ hình tốn để đưa phương án tối ưu Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần thiết phải sử dụng mơ hình vật lý nghiên cứu dự báo diễn biến, xói lở, bồi lắng lòng dẫn Phương pháp mơ hình tốn với giúp đỡ máy tính điện tử cho phép mơ tả xảy q khứ, xảy tương lai với điều kiện thay đổi tùy ý, phương pháp có độ tin cậy số liệu đầu vào phải có đủ số liệu tin cậy Chính việc sử dụng cơng cụ mơ hình tốn quan trọng, định đến kết nghiên cứu Một số vấn đề phân tích lựa chọn mơ hình tốn việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng cơng trình chống ngập Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng tới diễn biến lòng dẫn dự báo diễn biến lòng dẫn sơng ngòi xây dựng cầu qua sơng chủ yếu, có báo cáo đề cập đến vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng việc xây dựng cống đến diễn biến lòng dẫn Các nghiên cứu ảnh hưởng cầu xây dựng sông đến diễn biến lòng dẫn theo hai hướng: nghiên cứu ứng dụng nghiên cứu mang tính chất lý luận Có nhiều nghiên cứu mang tính ứng dụng phục vụ cụ thể cho việc lập dự án xây dựng nhiều cầu sơng, kể đến nghiên cứu ảnh hưởng cầu tới việc làm dâng nước thượng lưu Bradley (1970); Neil (1973), Karaki (1974), nghiên cứu xói phổ biến dòng chảy bị thu hẹp chiều rộng tác giả Komura (1966), Laursen(1960,1963)….Ở Việt Nam, phải kể đến nghiên cứu TS Nguyễn Ngọc Quỳnh, GS.TS Vũ Tất Uyên, PGS.TS Đỗ Tất Túc, PGS.TS Hoàng Văn Huân… Trên giới, số nước Hà Lan, Đức, Mỹ, Nhật, Bỉ, Anh… xây dựng số cơng trình ngăn sơng lớn có nhiệm vụ ngăn triều kiểm soát triều chống ngập úng, cơng trình sơng Ems Trước xây dựng xơng trình sơng Ems, có nhiều nhà khoa học nghiên cứu biến động cửa qua thời kỳ khác công nghệ viễn thám GIS Nhà khoa hoc Homeier người Đức nghiên cứu biến động cửa sơng thời kỳ chưa xâydựng cơng trình Ông sử dụng đồ năm 1859, 1862 đồ năm 1999 để đánh giá biến động vùng cửa sơng Ems Sau năm 2002, đập chắn sóng bão sông Ems vào hoạt động, kéo theo loạt tác động đến khu vực xây dựng cơng trình Do số nhà khoa học nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng công trình đến biến đổi lòng dẫn mơi trường Có thể kể đến số kết nghiên cứu sau: Stoschek et (2003 al) từ Viện Franzius Đại học Hannover ứng dụng mơ hình MIKE21 MIKE3D mơ tả ảnh hưởng cơng trình đến diễn biến vùng cửa sơng Ems, tập trung vào cảng Emden đường thủy Emdener Kết mô mơ hình cho thấy chênh lệch so với lưu tốc dòng chảy đo đạc trung bình khoảng 10 cm/s cm/s Dòng chảy hạ lưu thượng lưu cơng trình thay đổi, dẫn đến có biến đổi lòng dẫn phía thượng hạ lưu Việc tính tốn mơ diễn biến sau xây dựng cơng trình sơng nước giới tập trung số cơng trình lớn Ems dừng việc tính tốn chế độ thủy động lực khu vực xây dựng cơng trình, chưa tính tốn biến hình lòng dẫn sau xây dựng cơng trình Chính việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới, đặc biệt mơ hình tốn hai chiều mơ diễn biến lòng dẫn 115 sau xây dựng cơng trình cần thiết, đặc biệt dự án quy hoạch chống ngập Thành phố Hồ Chí Minh Hiện nay, tốn biến hình lòng sơng cho dòng chảy khơng ổn định 1D, 2D nghiên cứu hoàn chỉnh, có chương trình tự động hóa tính tốn phần mềm ứng dụng phần mềm HEC Mỹ, MIKE Đan Mạch, DELFT Hà Lan, TELEMAC Pháp v.v Bài toán 3D giai đoạn nghiên cứu, bước đầu có thành tựu khả quan, kể đến phần mềm DELFT-3D, MIKE-3, FLO3D Dự báo diễn biến mơ hình tốn để phục vụ cho công tác thiết kế công trình vượt sơng sử dụng dự án: cầu Mỹ Thuận (sơng Tiền), cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy, cầu Nhật Tân (sông Hồng), cầu Vàm Cống (sơng Hậu) Dùng mơ hình tốn để đánh giá diễn biến vấn đề lớn, mơ hình MIKE (11, 21, 3) ứng dụng thành công nước với ưu điểm định Các nghiên cứu chưa đưa đầy đủ cơng trình có sơng, số mặt cắt thưa chưa đủ dày để tính tốn Nhưng kết tính tốn có giá trị sở để tham khảo đánh giá kết nghiên cứu tiếp theo, đặc biệt cho giai đoạn sau có cơng trình xây dựng sơng Tuy nhiên cơng trình chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh cần phải nghiên cứu mơ hình 1D, 2D, 3D để tính tốn xói cục xói lan truyền Việc tính tốn diễn biến có xét đến ảnh hưởng yếu tố dòng chảy hình thái sơng Trong diễn biến lòng dẫn phụ thuộc vào nhiều yếu tố tác động điều kiện địa chất, cấu trúc địa chất bờ, điều kiện thảm phủ lưu vực, hoạt động khai thác tài nguyên lưu vực… Đối với mơ hình hai chiều, giá trị tính tốn vận tốc điểm vận tốc trung bình theo chiều sâu dòng chảy, mơ hình tính tốn mơ tả trường giá trị vận tốc dòng chảy 116 mặt bằng, việc tính tốn mơ tả giá trị vận tốc theo chiều sâu điểm tính (thủy trực) khó thực Chiều dài đoạn sơng mơ tính tốn mơ hình có giới hạn, mơ từ vài trăm mét đến khoảng < 100km, nhiên để đảm bảo tính xác mơ hình theo chun gia nên áp dụng cho đoạn sông < 40-50km Với đoạn sơng vùng ngã ba phân nhập lưu chiều dài đoạn sơng tính tốn nên ngắn Mơ hình mơ chi tiết lưới với kích thước nhỏ (57m), nhiên phạm vi nghiên cứu hẹp, kích thước, số lưới tăng, thời gian chạy mơ hình tăng Ứng dụng mơ hình tốn nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn giai đoạn sau có cơng trình ngăn triều chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh mơ hình MIKE11ST Trong báo trình bày tóm tắt kết nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE11 mơ đuyn ST để tính tốn diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn giai đoạn sau có cơng trình ngăn triều chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Kết chi tiết giới thiệu báo sau Sơ đồ thủy lực tính tốn hình vẽ Trận lũ 10/2000 10/2007 dùng làm hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Biên sử dụng tính tốn mơ hình bao gồm có biên chính: Biên Mộc Hóa trạm thủy văn Mộc Hóa sơng Vàm Cỏ Tây; Biên Vàm Cỏ Đông Cần Đăng thượng nguồn sông Vàm Cỏ Đơng; Biên Dầu Tiếng vào sơng Sài gòn; Biên Thị Tính sơng Thị Tính; Biên Trị An sông Đồng Nai Các trạm thủy văn dùng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực bao gồm: Biên Hòa, Bến Lức, Thủ Dầu Một, Nhà Bè, Phú An Kết hiệu chỉnh kiểm định cho hệ số Nash đạt 0,8-0,9 đổi với kiểm định thủy lực đạt 0,6-0,75 kiểm định mơ hình hình thái Kết thống kê vị trí sạt lở sau: Hình1: Sơ đồ thủy lực tính tốn mơ hình MIKE11ST Hình 4: Diễn biến lòng dẫn sơng Cần Giuộc sau năm Hình 2: Ngã ba sơng Cần Giuộc -Chợ Đêm, huyện Bình Chánh Hình 5: Diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai sau năm Hình 3: Biến đổi lòng dẫn kênh Thanh Đa sơng Sài gòn khu vực Thanh Đa Quận Bình Thạnh Quận Thủ Đức Hình 6: Diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai sau năm 117 Từ kết tính tốn mơ hình cho thấy khu vực có diễn biến xói bồi mạnh sau: - Ngã ba sông Cần Giuộc - sông Chợ Đêm huyện Bình Chánh - Ngã ba sơng Sồi Rạp - kinh Bà Tổng huyện Cần Giờ - Khu vực sông Mương Chuối, sông Kinh Lộ, - Khu vực dọc bờ sông Đồng Nai- cù lao Long Phước địa bàn phường Phước Long quận - Khu vực đoạn kênh Thanh Đa, quận Bình Thạnh - Khu vực cảng Phúc Long hạ lưu cầu Bình Triệu Và số khu vực khác Kết luận Việc ứng dụng mơ hình MIKE11ST để tính tốn diễn biến lòng dẫn bước đầu thành cơng, cho kết diễn biến xói bồi lòng dẫn đặc biệt sau có cơng trình xây dựng sông Đây vấn đề phức tạp khó, cần đầu tư nhiều mặt nhân lực thời gian Báo cáo phần kết nghiên cứu đề tài độc lập cấp nhà nước Chúng tiếp tục chia sẻ thông tin kết nghiên cứu đề tài số báo tới Tài liệu tham khảo a Viện KHTLMN, (2008), Đề tài KC-08, Nghiên cứu đề xuất giải pháp KHCN để ổn định lòng dẫn hạ du hệ thống sơng Đồng Nai - Sài gòn phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng Đông Nam b ĐHTL (2009), Đề tài nghiên cứu độc lập cấp nhà nước, Nghiên cứu dự báo diễn biến bồi lắng, xói lở lòng dẫn hệ thống sơng Đồng Nai - Sài gòn tác động hệ thống cơng trình chống ngập úng cải tạo môi trường cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh c Giáo trình: “Động lực học sơng ngòi” Nhà xuất nơng nghiệp, Hà Nội 1981 Abstract Some analysis of selected mathematical model to calculation the river morphology in Dong Nai - Saigon River under the action of the system works against flooding for the area of Ho Chi Minh City This paper present results of application mathematical model MIKE11ST to calculation river morphology in Dong Nai Sai Gon River under the action of the system works againts flooding for the area of Ho Chi Minh City The results of projects show that the the bed level change and sediment transport in river after barrier works Snce then the planning can make a reasonable for river trainning 118 ... cậy Chính việc sử dụng cơng cụ mơ hình tốn quan trọng, định đến kết nghiên cứu Một số vấn đề phân tích lựa chọn mơ hình tốn việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn khu vực Thành. .. chạy mơ hình tăng Ứng dụng mơ hình tốn nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai - Sài Gòn giai đoạn sau có cơng trình ngăn triều chống ngập cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh mơ hình. .. Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng cơng trình chống ngập Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng tới diễn biến lòng dẫn dự báo diễn biến lòng dẫn sơng ngòi xây dựng cầu qua sơng chủ yếu, có báo cáo đề cập