Nghiên cứu, ứng dụng mô hình cche 2d tính toán bồi xói cho khu vực cảng phú định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM ĐIỀN HỊA ANH KIỆT NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CCHE 2D TÍNH TỐN BỒI XĨI CHO KHU VỰC CẢNG PHÚ ĐỊNH CHUN NGÀNH : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Lưu Xuân Lộc…………………………………… Cán chấm nhận xét 1: TS Huỳnh Công Hoài…………………………………… Cán chấm nhận xét : PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn……………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ………….tháng ………02….năm 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Ngày tháng năm sinh : ĐIỀN HÒA ANH KIỆT Phái : nam Nơi sinh : Ninh Thuận 26 – 09 – 1983 Chuyên ngành : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MSHV : 02007522 I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu, dự báo tốc độ bồi lắng khu vực Cảng sông II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nhiệm vụ : sử dụng mô hình tốn CCHE 2D để chạy kiểm tra chế độ thủy lực diễn biến bùn cát mơ hình thử nghiệm áp dụng mơ hình CCHE 2D vào sơng Chợ Đệm để tính tốn chế độ thủy lực dự báo tốc độ bồi lắng bùn cát Nội dung : Chương I : TỔNG QUAN Chương II : NGHIÊN CỨU PHẦN LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH Chương III : THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH Chương IV : ÁP DỤNG MƠ HÌNH VÀO THỰC TẾ Chương V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 12/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LƯU XUÂN LỘC CN BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho cảm ơn Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tơi học tập nghiên cứu thời gian theo học chương trình Thạc sĩ Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Bộ môn Xây dựng Cơng trình Cảng biển, Bộ mơn Cơ lưu chất đặc biệt Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lưu Xuân Lộc, thầy hướng dẫn bảo tận tình cho tơi suốt q trình thực luận văn Xin cảm ơn Viện nghiên cứu Thủy lợi Miền Nam, Viện Kỹ thuật biển Miền Nam, Viện Tài nguyên Môi trường Miền Nam, Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng cơng trình Thủy – Bộ (Sudewat Co) Công ty TNHH thành viên Cảng sông TP.HCM cung cấp tài liệu cho thực luận văn Cuối xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp người thân gia đình giúp đỡ động viên tơi suốt q trình theo học chương trình Thạc sĩ Xây dựng Cơng trình thủy HỌC VIÊN THỰC HIỆN ĐIỀN HỊA ANH KIỆT TĨM TẮT LUẬN VĂN Cảng Phú Định Cảng sơng lớn khu vực phía Nam Cảng Phú Định có nhiệm vụ giao thơng, trn chuyển hàng hóa từ tỉnh Đồng sông Cửu Long TP.HCM tỉnh miền Đông Nam Khi Ủy ban nhân dân Tp Hồ Chí Minh có định di dời Cảng khu vực Thành phố khỏi khu vực trung tâm Thành phố thấy rõ nhiệm vụ tầm quan trọng Cảng Phú Định Với vị trí nằm sơng Chợ Đệm, gần ngã ba sông Chợ Đệm rạch Nước Lên nên chế độ thủy lực dòng chảy diễn biến phức tạp gây bồi lắng cho sông Chợ Đệm rạch Nước Lên tương đối nhiều Do đó, để phục vụ cho việc khai thác Cảng địi hỏi chi phí nạo vét lớn Xuất phát từ yêu cầu thiết trên, luận văn sâu nghiên cứu chế độ thủy lực diễn biến bùn cát chủ yếu sơng Chợ Đệm mơ hình tốn CCHE 2D Để sử dụng tốt mơ hình địi hỏi phải có bước cụ thể chi tiết nghiên cứu phần lý thuyết mơ hình, sau tiến hành chạy thử nghiệm mơ hình đoạn kênh thẳng gắn với điều kiện dòng chảy ổn định Khi thấy mơ hình chạy tốt tiến hành chạy áp dụng chạy cho khu vực sông Chợ Đệm – rạch Nước Lên So sánh kết thực tế với kết chạy mơ hình để có nhìn xác mức độ hợp lý mơ hình Bất kỳ mơ hình có khiếm khuyết, địi hỏi phải hiệu chỉnh mơ hình để đảm bảo kết chạy mơ hình phản ánh tương đối xác với diễn biến thực tế Đây công việc khó khăn, địi hỏi phải có xử lý kết hợp ký thuyết kinh nghiệm để nhằm hồn thiện cho mơ hình tạo điều kiện cho mơ hình ứng dụng rộng rãi thực tế Cuối đưa kết luận sau ứng dụng mơ hình vào thực tế đưa kiến nghị cần thiết để mơ hình ngày hoàn thiện ABSTRACT Phu Dinh port is one of the best river ports in Southern area Phu Dinh port is used to having traffic and transportation of goods from the Mekong delta provinces to HCM city and South –East provinces When the HCM city people committee gave dicision to move ports in HCM area to the centre of HCM city, we saw mission and importance of Phu Dinh port clearly The location of Phu Dinh port is in the Cho Dem river and near confluence of Cho Dem river and Nuoc Len channel So, hydraulic happening is very complex and is reason of deposit in Cho Dem river and Nuoc Len channel Therefore, In order to expoit Port we must lost big cost for dredging river bed From that urgent requires, my essay will research about hydraulic happening with mud and sand happening in Cho Dem river by CCHE 2D model In order to use this model fluently, we must detail plan as researching about theoretics of model Then, we run experiment with stable and short straight channel When the model run well, we apply for Cho Dem river and Nuoc Len channel area Compare model and practice results to appreciate about reasonableness of model Anything model is still shortcomings So, we must adjust to model results in order to guarantee that model results can reflect practice results more exact This problem is very difficult and require combining between theory and experience to give perfect model Since then, model can apply widely in practice Last, we can give conclusions after appling model in pratice and show necessary petitions to give more perfect model MỤC LỤC TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước .8 1.3 Mục đích phương pháp nghiên cứu đề tài .12 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 12 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH CCHE 2D 2.1 Giới thiệu mơ hình CCHE 2D .14 2.1.1 Giới thiệu chung mơ hình CCHE 14 2.1.2 Khái qt mơ hình CCHE 2D 15 2.1.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình CCHE 2D .16 2.1.4 Phương pháp giải phương trình CCHE 2D 20 2.2 Nghiên cứu khai thác module CCHE 2D 24 2.2.1 Module tạo lưới 24 2.2.2 Module giao diện (CCHE 2D – GUI Graphical Users Interface) 25 2.2.3 Module số (CCHE 2D Numerical Model) .26 THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH .14 3.1 Điều kiện thí nghiệm 27 3.2 Các thơng số tính tốn 28 3.2.1 Lưới tính khu vực 28 3.2.2 Các thông số thủy lực tính tốn 29 3.2.3 Kết mơ dịng chảy 30 3.2.4 Các thông số tính tốn bùn cát 31 3.2.5 So sánh kết mô bùn cát mơ hình với kết thí nghiệm 31 ÁP DỤNG MƠ HÌNH TỐN CCHE 2D VÀO THỰC TẾ 42 4.1 Chuẩn bị số liệu 42 4.2 Mơ mơ hình 42 4.2.1 Tạo lưới .42 4.2.2 Điều kiện ban đầu thơng số tính tốn dịng chảy .43 4.2.3 Điều kiện biên thơng số tính tốn bùn cát 68 4.3 So sánh kết mơ hình với số liệu thực tế .95 4.4 Thảo luận kết 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 5.1 Kết Luận .97 5.1.1 Kết Luận mơ hình CCHE 2D 97 5.1.2 Kết Luận kết tính tốn .98 5.2 Kiến Nghị 100 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề - Thành phố Hồ Chí Minh có mạng lưới sơng ngịi chằng chịt thơng với Quận huyện Thành phố Tỉnh thuộc khu vực Đồng sông Cửu Long miền Đơng Nam Bộ (Sơ đồ vị trí khảo sát Cảng Phú Định hình 1.1) - Khối lượng hàng hóa vận chuyển đường thủy nội địa (đường sông ) qua đầu mối Thành phố Hồ Chí Minh lớn Lượng hàng hóa vận tải đường sơng qua đầu mối Thành phố Hồ Chí Minh xấp xỉ triệu năm 2010 khoảng 17 triệu cho năm 2020 - Trong khả đảm nhận Cảng sông hữu đạt khoảng 2,4 triệu tấn/năm - Do để đảm bảo vận chuyển khối lượng hàng hóa kể cần phải quy hoạch Cảng Sơng có quy mơ lớn trung tâm trung chuyển hàng hóa lớn Thành phố Hồ Chí Minh, khu vực Đồng sông Cửu Long Nam Trung Bộ - Cảng Sông Tp.HCM mang tên Cảng Phú Định Cảng sơng lớn Thành phố Hồ Chí Minh khu vực phía Nam Cảng Phú Định vào hoạt động chia bớt phần khối lượng bị tải Cảng Cần Thơ đặc biệt Cảng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh - Cảng Phú Định thuộc phường 16, Quận 8, Thành phố Hồ Chí Minh Cảng nằm vị trí ngã sơng Chợ Đệm rạch Nước Lên ( Mặt tổng thể Cảng Phú Định hình 1.2) + Phía Bắc giáp Huyện Bình Chánh + Phía Nam giáp sơng Cần Giuộc + Phía Đơng giáp Kênh Đơi + Phía Tây giáp sơng Vàm Cỏ - Đoạn sông Chợ Đệm rạch Nước Lên qua khu vực Cảng có chiều dài 1740 m 600m với bề rộng trung bình 250m 100m Cao độ trung bình đáy sông (-6.00m) độ sâu mực nước trung bình 7m - Trên sơng Chợ Đệm xây dựng hệ thống 12 cầu Cảng cầu Cảng hệ thống Kè bảo vệ bờ Mỗi cầu Cảng có kích thước 8,5x31m, mặt kè có kích thước 3x19m - Xung quanh khu vực Cảng có nhiều ao hồ, đầm lầy, sức chịu tải lớp đất mặt yếu