CHƯƠNG TRÌNH BỒI DƯỠNG NGHIỆP VỤ QUY HOẠCH CHUYÊN ĐỀ “MÔ HÌNH MIKE11”.Thạc sỹ. Đặng Thanh Lâm

Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch CHƯƠNG TRÌNH BỒI DƯỠNG NGHIỆP VỤ QUY HOẠCH CHUN ĐỀ “MƠ HÌNH MIKE11” Thạc sỹ Đặng Thanh Lâm GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11 Bộ phần mềm thuỷ văn, thuỷ lực, chất lượng nước Viện Thuỷ lực Đan Mạch công cụ mạnh mẽ hỗ trợ công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên nước Thông tin phần mềm chức trích dịch từ ngun (Hình 1) Mơ hình Mike 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Trong khuôn khổ dự án tăng cường lực Viện ngành Nước Việt Nam, Bản quyền sử dụng phần mềm MIKE11 chuyển giao cho huấn luyện sử dụng cán thuộc quan Viện Quy hoạch thuỷ lợi, Phân Viện KSQHTL Nam Bộ, Viện Nghiên cứu KHTL, Viện Nghiên cứu KHTL Miền Nam Hình 2: Màn hình giao diện sử dụng mạng sơng kênh MIKE11 Mơ hình Mike 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Cấu trúc liên hệ mô đun mô hình có mơ tả sơ đồ Hình Số liệu nhập cho mơ hình tài liệu mặt cắt sơng kênh, diện tích-cao trình ruộng, kích thước cơng trình chuỗi tài liệu thuỷ văn, chất lượng nước theo thời gian Mơ đun Mưa-Dịng chảy (NAM) Mô đun Thuỷ động lực (HD) Mô đun Tải-khuyếch tán chất (AD) Mô đun Tải bùn cát (ST) Mô đun Chất lượng nước (AD) Hình 3: Sơ đồ đơn giản liên kết mơ đun mơ hình MIKE11 Cốt lõi mơ hình MIKE11 mơ đun HD có khả mơ dịng chảy khơng ổn định hệ thống sông kênh tự nhiên Kết mô mô đun HD diễn biến mực nước, lưu lượng Liên quan tới mơ đun HD có mơ đun NAM UHM mơ dịng chảy từ mưa lưu vực nhập vào Mơ hình Mike 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch mạng sơng kênh Mô đun tải khuyếch tán AD bao gồm tải bùn cát cố kết, không cố kết tiêu chất lượng nước Mô đun tải bùn cát không cố kết (NST) sử dụng cho mô hình hình thái lịng sơng (mơ phịng xói lởi, bồi lịng sơng) Chức mơ đun mối liên kết trình bày sơ đồ sau Mơ hình Mike 11 Cơng cụ xử lý thơng tin địa lý kỹ thuật số Chuỗi SL Quá trình Mưa- Dịng chảy theo th.gian SCDL địa hình Tưới tiêu Dự NAM báo Các mơ hình thuỷ văn khác lũ Hệ thống thông tin địa lý GIS Hệ thống thông tin thuỷ văn HIS Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Thuỷ lực sông kênh, cửa sông ven biển, lũ tràn, thuỷ triều Dịng ổn định, khơng ổn định Vận hành cơng trình Tiêu nước thị Vỡ đập Tải-Khuyếch tán Chu trình lý hố Chu trình bùn cát không cố kết biến đổi chất Chất lượng nước Phốt Hình thái sơng Phú dưỡng Kim loại nặng Bùn cát kết dính Dữ liệu kết tính Khai thác kết dạng bảng, biểu đồ Mơ hình Mike 11 Phân tích thống kê Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch 1.1 Mô đun HD Mô đun thuỷ động lực học xây dựng sở lý thuyết hệ phương phương trình Saint-Venant, có dạng: Q h b q x t  Q2   A Q   t x     gA h  gQ Q 0 x C AR Trong đó: Q,h lưu lượng mực nước dịng chảy; A, b diện tích chiều rộng mặt cắt; g gia tốc trọng trường; x,t biến số khoảng cách thời gian; α hệ số hiệu chỉnh lưu tốc; C hệ số Chezy; R bán kính thuỷ lực Đồng thời dựa giả thiết: - Chất lỏng đồng không nén; - Độ dốc đáy kênh nhỏ; - Chiều dài sóng lớn độ sâu dòng chảy; - Dòng chảy êm (tuy nhiên MIKE11 mơ dịng chảy xiết dựa giả thiêt bỏ qua thành phần thứ tính từ trái qua phương trình thứ hệ Saint-Venant đây) Hệ phương trình giải sơ đồ sai phân ẩn điểm AbbotIonescu (1967) Sơ đồ tính điểm Q h xen kẽ Điểm Q nằm điểm h vị trí cơng trình Điểm h mặt cắt nút Sơ đồ giải ổn định với điều kiện địa hình tương đối đồng nhất, chọn bước thời gian tính hợp lý, điều kiện tính thể qua số Courant: Cr  Mơ hình Mike 11   t V  gy 10 15 x Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch (a) Cơng trình MIKE11 mơ tả số cấu trúc cơng trình cống, đập, tràn, trạm bơm với quy luật vận hành cơng trình người sử dụng khai báo (b) Ảnh hưởng gió MIKE11 có tính đến ứng suất gió phương trình động lượng điểm Q dọc kênh ô ruộng (c) Yêu cầu số liệu Mơ hình HD u cầu loại số liệu sau: - Mạng sông kênh (nhánh, đoạn, nút, điểm biên) - Tài liệu địa hình (mặt cắt sơng kênh, cao trình mặt ruộng) - Hình dạng, kích thước cơng trình - Điều kiện thuỷ văn nút biên - Các thơng số mơ hình (độ nhám, điều kiện ban đầu ) Tập hợp file số liệu thành file ‘simulation’ để chạy mơ hình HD Trong cần xác đinh thời kỳ mơ (trong thời kỳ đồng thời điều kiện biên), bước thời gian, tên file kết 1.2 Mô đun AD Mơ đun AD dựa sở phương trình bảo tồn lượng cho chất lở lửng hay hoà tan nước, thành phần tải-khuyếch tán phương trình (1) Mơ đun cần kết tính tốn lưu lượng, mực nước, mặt cắt sông kênh từ mô đun HD Mơ đun AD có khả mơ thành phần (i) Xâm nhập mặn, (ii) Nhiệt độ, (iii) Truyền tải chất Mô đun AD tiền đề cho mơ hình Chất lượng nước tải bùn cát kết dính Mơ hình Mike 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Phương trình bảo tồn chất hồ tan có dạng: AC QC   C     AD   AKC  C q t x x  x  Trong đó: C nồng độ chất; D hệ số khuyếch tán; A diện tích mặt cắt ngang; K số phân dã; C2 nồng độ chất nguồn gia nhập; q lưu lượng nguồn nhập; x,t biến không gian thời gian + Sơ đồ giải: Phương trình tải-khuyếch tán giải sơ đồ sai phân ẩn trung tâm nhằm giảm tối thiểu khuyếch tán số + u cầu số liệu: Mơ hình AD dùng chung sơ đồ mơ hình HD cần xác định hệ số khuyếch tán cho nhánh, điều kiện chất điểm biên nguồn gia nhập (độ mặn cửa biển ) 1.3 Mô đun WQ Mô đun chất lượng nước MIKE11-WQ có khả mơ BOD/DO nhiều cấp độ phức tạp khác nhau, mô vi khuẩn Coli, dưỡng chất Danh mục tiêu mơ theo cấp độ thống kê bảng sau: Chỉ tiêu chất Nhiệt độ Oxy Amonia Nitrate BOD Dissolved BOD Suspended BOD BOD bùn cát đáy Mơ hình Mike 11 X X X - X X X - Cấp mơ hình X X X X X X X X X X - X X X X X X X X X X X X Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Faecal Coliform Tổng Coliforms X X X X X X X X X X X X Chu trình biến đổi chất mối tương quan chất trình bày chi tiết chương 4,5,6,8 MIKE11 Reference manual 1.4 Mô đun NAM NAM từ viết tắt tiếng Đan Mạch có nghĩa ‘Mơ hình mưa-dịng chảy’ Mơ hình tập hợp cơng thức tốn mơ tả diễn biến thuỷ văn lưu vực, gọi mơ hình mơ hình khái niệm, tập hợp tất định u cầu số liệu: Mơ hình NAM cần loại số liệu sau:  Các thông số thiết lập mơ hình, thơng số lưu vực (tầng trữ mặt, trữ ngầm)  Các thơng số hiệu chỉnh mơ hình  Điều kiện ban đầu  Số liệu khí tượng (mưa, bốc hơi, nhiệt độ)  Số liệu dòng chảy sông mực nước ngầm thời kỳ hiệu chỉnh mơ hình Mơ hình NAM thường dùng để mơ dòng chảy từ tiểu lưu vực Kết mơ dịng chảy NAM dùng làm nguồn nhập biên thượng lưu mơ hình MIKE11 MIKE BASIN Mơ hình Mike 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Cấu trúc mơ hình NAM CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ MIKE11 Kết mô mực nước, lưu lượng MIKE11 trình bày dạng bảng, biểu đồ (quá trình mực nước, lưu lượng theo thời gian) đồ (diễn biến mực nước, lưu lượng theo khơng gian) Hai chương trình hỗ trợ trình bày kết mơ MIKE11 giới thiệu sau 2.1 Chương trình MIKE View MIKE View cơng cụ chuẩn dùng để trình diễn kết tính từ mơ đun HD, AD, WQ, ST MIKE11 từ chuỗi số liệu theo thời gian sở liệu tạo lập Mike Zero Loại kết trình bày gồm:  Màu động hay tĩnh sơ đồ mơ hình  Biễu diễn biến động mực nước, lưu lượng cắt dọc kênh Mơ hình Mike 11 10 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch  Vẽ đường trình  Tương quan Q~H 2.2 Chương trình MIKE11-GIS MIKE11-GIS chương trình ứng dụng mơi trường ArcView GIS, dùng để trình diễn khơng gian kết số phần mềm DHI MIKE11, có tác dụng tốt cơng tác quản lý lũ Mơ hình Mike 11 11 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Yêu cầu số liệu chi MIKE11 GIS gồm:  Sơ đồ sông kênh kết mơ Mike11  Mơ hình địa hình kỹ thuật số (DEM)  Các lớp số liệu khác đồ kỹ thuật số mạng sông kênh, đường xá, sử dụng đất, không ảnh Kết là:  Bản đồ ngập lũ xác định phạm vi, độ sâu ngập, thời gian ngập lũ  So sánh đồ ngập lũ vào thời kỳ lũ khác tác động cơng trình kiểm sốt lũ  Thống kê số liệu từ đồ lũ  Tạo phim diễn biến lũ Mơ hình Mike 11 12 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch  Trích số liệu mặt cắt địa hình sơng kênh ruộng NHỮNG ỨNG DỤNG MIKE11-GIS Đã có số dự án áp dụng mơ hình MIKE11 quy hoạch thuỷ lợi cải tạo môi trường Phân Viện KSQHTLNB thực đối tác như:  Dự án Cải tạo môi trường nước kênh Tàu Hủ - Bến Nghé Công ty tư vấn PCI1 Nhật Bản thực năm 2000, Phân Viện quan đối tác  Dự án Quy hoạch lũ sông Đồng Nai Phòng QH Đồng Nai thực  Nghiên cứu điển hình mơ hình thuỷ lực-xâm nhập mặn vùng TGLX, Dự án Tăng cường lực Viện ngành nước, Phòng Kỹ thuật thực  Nghiên cứu điển hình vùng Hạ lưu sông ĐN-SG, Dự án Tăng cường lực Viện ngành nước, Phòng Đồng Nai thực  Mơ hình lũ châu thổ Mekong phía Campuchia JICA thực Pacific Consultants International Mơ hình Mike 11 13 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch 3.1 Mơ hình lũ vùng thượng trung lưu sơng Đồng Nai (a) Mục tiêu nhiệm vụ quy hoạch phòng chống lũ: - Xây dựng chiến lược kiểm soát lũ dài hạn lưu vực, vùng phạm vi lưu vực hệ thống sông Đồng nai, để giảm thiểu thiệt hại khai thác nguồn lợi lũ lụt gây nhằm tạo điều kiện để phát triển tiềm kinh tế-xã hội lưu vực cách tồn diện, bảo vệ bền vững mơi trường sinh thái, góp phần xây dựng vùng theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa nâng cao sống nhân dân lưu vực Mơ hình Mike 11 14 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Xây dựng giải pháp cơng trình phịng chống lũ kết hợp với cơng trình thủy lợi khác để xây dựng thành hệ thống thủy lợi hoàn chỉnh vùng thích hợp, cụ thể nhằm: - Kiểm sốt lũ năm vùng ngập nơng kiểm sốt lũ đầu cuối vụ vùng ngập sâu để bảo đảm ăn vụ (HT-ĐX), nhằm tăng vụ ổn định sản xuất trồng trọt - Bảo vệ an tồn khu dân cư, cơng nghiệp, kho tàng sở hạ tầng - Bảo đảm giao thông thông suốt năm cho tuyến trục đường giao thông huyết mạch - Cải tạo đất vùng chua mặn hạ lưu lấy phù sa vào đồng ruộng - Đánh giá tác động gây ảnh hưởng đến mơi trường q trình thực dự án giải pháp hạn chế - Xây dựng bước quy hoạch chọn cơng trình ưu tiên xây dựng đợt đầu để đáp ứng yêu cầu ổn định phát triển trước mắt thu hút vốn đầu tư nước ngồi (b) u cầu tính tốn thuỷ lực Để thực nhiệm vụ quy hoạch phòng chống lũ đặt đây, cần thiết lập mơ hình thủy lực mơ trạng lũ tính tốn phương án cơng trình phịng chống lũ (theo sơ đồ Hình ) nhằm tìm phương án khả thi kỹ thuật Kết tính tốn mức độ ngập lụt từ mơ hình thuỷ lực kết hợp lớp thơng tin kinh tế xã hội sở hạ tầng cho phép phân tích trực quan tổng quát hiệu phòng chống lũ Trên sở khảo sát thực địa phân tích số liệu chuyên gia quy hoạch xác định vùng ngập lụt cần mơ hình hố (1) vùng ngập hạ lưu hồ Đa Nhim, (2) vùng ngập Cát Tiên-Đa Tẻ, (3) vùng ngập Đa Hoai-Tà Lài, (4) vùng ngập hạ lưu sông La Ngà (5) vùng ngập hạ lưu sơng Đồng Nai-Sài Gịn Do điều kiện vùng bị chia cắt tự nhiên cơng trình thác ghềnh nên vùng xây dựng mơ hình riêng rẽ Mơ hình Mike 11 15 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch (c) Lựa chọn chương trình tính Vùng hạ lưu ĐN-SG dùng VRSAP độ dốc lịng sơng nhỏ, chế độ chảy êm Bốn vùng ngập lũ thượng trung lưu lưu vực sông ĐN nằm đoạn sơng dốc, có thác ghềnh, chế độ dịng chảy xiết phải dùng MIKE11 (d) Mơ hình vùng ngập Cát Tiên-Đa Hoai-Tà Lài  Số liệu nhập Năm 2001 Phân Viện KSQHTLNB tiến hành khảo sát thực địa 31 mặt cắt ngang tổng chiều dài 66,1 km sông Đồng Nai Đa Hoai, khoảng cách từ 1,2-6,3 km/mặt cắt, bình quân 3,2 km/mặt cắt, tổng chiều rộng mặt cắt 52.954 m; chiều rộng bình qn lịng dẫn bãi tràn 1700 m; cao trình đáy sơng biến đổi từ 125,2 m xuống 102,4 m tạo độ dốc lịng dẫn bình qn 0,034% Đồng thời với khảo sát mặt cắt ngang, Phân Viện KSQHTLNB điều tra vết lũ năm 2000 vết lũ lịch sử (không xác định thời gian kiện xảy nhiều thời kỳ khác người dân địa phương không nhớ rõ) Theo số liệu đo trạm Tà Lài trận lũ xảy từ ngày 12/10/2000 đến 16/10/2000 với mực nước đỉnh lũ tới 120 m lưu lượng đỉnh lũ 1360 m3/s Mơ hình Mike 11 16 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch S KHÔI PHỤC HIỆN TRẠNG TRẬN LŨ LỚN NĂM 2000 HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH Lũ 2000 Lũ P=10% PA cơng trình PA cơng trình ĐƯỜNG GT VƯỢT LŨ NẮN DÒNG MỞ THÁC Lũ 2000 Lũ P=10% Lũ P=4% Lũ P=4% PA cơng trình ĐƯỜNG GT VƯỢT LŨ, NẮN DÒNG, MỞ THÁC Lũ 2000 Lũ P=10% Lũ P=4% đồ thiết lập phương án chống lũ vùng Cát Tiên-Đa Hoai-Tà Lài Mơ hình Mike 11 17 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Bảng kết tính mực nước theo trạng với tần suất lũ CHIỀU TÊN SƠNG, VỊ TRÍ TÍNH TỪ THƯỢNG LƯU ĐỊA DANH DÀI (m) CAO TRÌNH MỰC NƯỚC (m) HT200 T8-10% T8-4% T10-10% DONGNAI1 11000.00 Dar Si 11000 136.4 136.7 137.8 136.8 DONGNAI1 27700.00 Thác Khỉ 27700 134.6 134.8 135.8 134.9 DONGNAI1 37000.00 Núi Tượng 37000 133.0 133.4 134.2 133.6 DONGNAI1 49000.00 Da Hoai 49000 124.5 124.7 125.1 124.8 T10-4% 137.9 135.8 134.4 125.2 Bản đồ ngập lũ MIKE11-GIS (e) Kết từ mô hình: Mơ hình Mike 11 18 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Sau tính tốn phương án cơng trình với ứng với lưu lượng biên tần suất cho kết kết luận sau:  Xác định cao trình dọc tuyến đường giao thơng vượt lũ tần suất 4%  Xác định độ cống phân lũ vào vùng lũ sau thu hoạch lúa HT  Tính độ giảm mực nước lũ số đoạn sơng nắn dịng  Phương án đào phá Thác Khỉ làm giảm mực nước thượng lưu làm ngập vùng hạ lưu nhanh sâu Mơ hình Mike 11 19 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch MỤC LỤC GIỚI THIỆU MƠ HÌNH MIKE11 .1 1.1 Mô đun HD 1.2 Mô đun AD .7 1.3 Mô đun WQ 1.4 Mô đun NAM CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ MIKE11 10 2.1 Chương trình MIKE View 10 2.2 Chương trình MIKE11-GIS 11 NHỮNG ỨNG DỤNG MIKE11-GIS 13 3.1 Mơ hình lũ vùng thượng trung lưu sơng Đồng Nai 14 Mơ hình Mike 11 20 Chương trình bồi dưỡng nghiệp vụ Quy hoạch Mơ hình Mike 11 21