ghiên cứu sự ổn định của bờ sông đồng nai (đoạn qua khu vực xã tân an, huyện vĩnh cửu, tỉnh đồng nai) bằng mô hình toán số HEC RAS 2d BSTEM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN DUY ANH MINH NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH CỦA BỜ SÔNG ĐỒNG NAI (ĐOẠN QUA KHU VỰC XÃ TÂN AN, HUYỆN VĨNH CỬU, TỈNH ĐỒNG NAI) BẰNG MÔ HÌNH TỐN SỐ HEC-RAS 2D & BSTEM) Chun ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước Mã số ngành: 60580212 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 02 Năm 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM vào ngày 10/02/2020 Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Huỳnh Thanh Sơn Cán chấm nhận xét 1: TS Trương Chí Hiền Cán chấm nhận xét 2: TS Trà Thanh Phương Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM vào ngày 10 tháng 02 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Nguyễn Thống TS Nguyễn Quang Trưởng TS Hồ Tuấn Đức TS Trương Chí Hiền TS Trà Thanh Phương Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: Nguyễn Duy Anh Minh MSHV: 1770070 Ngày tháng năm sinh: 12/08/1993 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước Mã số: 60580212 I.TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ổn định bờ sông Đồng nai (đoạn qua khu vực xã Tân an huyện Vĩnh cửu, tỉnh Đồng nai) mơ hình tốn số Hec-Ras 2D & BSTEM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính tốn mơ dịng chảy thủy động lực học sơng; nghiên cứu biến hình lịng dẫn, ổn định bờ sơng mơ hình HEC-RAS & BSTEM đoạn sơng khu vực xã Tân An, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Huỳnh Thanh Sơn Tp.HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Học viên xin trân trọng biết ơn chân thành đến thầy PGS TS Huỳnh Thanh Sơn người thầy tâm huyết nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, động viên, khích lệ, bảo tận tình suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Học viên xin trân trọng cảm ơn tập thể cán Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước, Ban lãnh đạo khoa Xây dựng, Phòng Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM tạo điều kiện giúp đỡ học viên suốt trình thực luận văn Trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình chỗ dựa tinh thần, động viên, ủng hộ, chia sẻ, tạo điều kiện để học viên vượt qua khó khăn, tập trung nghiên cứu hoàn thành luận văn Trong trình thực luận văn khơng thể tránh khỏi nhiều sai sót Học viên mong nhận ý kiến đóng góp q thầy cơ, đồng nghiệp, bạn vè luận văn để sửa chữa sai sót Xin trân trọng cảm ơn! Tp.HCM, ngày 10 tháng 02 năm 2020 Học viên Nguyễn Duy Anh Minh TÓM TẮT LUẬN VĂN Xói lở hạ du sơng Đồng Nai sau đập thủy điện Trị An từ ngã ba Hiếu Liêm đến ngã ba Tân Uyên gây hậu nghiêm trọng, làm thiệt hại tài sản, đất đai, sở hạ tầng Ước tính năm 2016-2017 tổng chiều dài sạt lở 15÷20 Km; làm khoảng 4÷5 hecta đất canh tác Vì cần nghiên cứu đánh giá dự báo biến động chế độ thủy lực diễn biến đáy sông, ổn định bờ sông khu vực Phương pháp thực đề tài sử dụng mơ hình tốn số HEC-RAS & BSTEM kết hợp với việc tham khảo số liệu thực đo xây dựng, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình để tạo cơng cụ tham khảo đánh giá ổn định bờ sông Kết mô trường hợp tần suất lũ thiết kế P= 2% cho thấy xu mực nước, vận tốc khu vực sạt lở sông lớn nhất, đến bờ trái nhỏ bờ phải Vì bờ trái - bờ lõm đoạn sông cong bị xói bồi bên bờ phải - bờ bồi thể quy luật dịng chảy đoạn sơng cong Trong tương lai cần tiếp tục thu thập tài liệu khảo sát dài hạn để đánh giá dự báo tồn diện diễn biến đáy sơng, diễn biến bờ sông ABSTRACT The downstream erosion of Dong Nai river after the Tri An hydroelectric dam from Hieu Liem junction to Tan Uyen junction has been causing serious consequences, causing damage to property, land and infrastructure Estimated in 2016-2017 the total length of landslide is 15 ÷ 20 km; losing about ÷ hectares of arable land Therefore, it is necessary to study and evaluate the prediction of changes in hydraulic regime and changes in riverbed and river bank stability in this area The method used in this topic is HEC-RAS & BSTEM numerical mathematical model combined with reference to real measurement data to construction, calibration model to create a reference tool assess the stable of river bank Simulation results of design flood frequency P = 2% show trending water level, velocity of landslide area in the middle of river is the largest, to the left bank and the smallest is the right bank Therefore, at the left bank - the concave bank of the curved river section is eroded and accreted on the right bank - the bank shows the current law of the flow in the curved river section In the future, it is necessary to continue collecting long-term survey documents to assess and forecast more comprehensively the development of river bed and river bank LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Học viên xin cam đoan đề tài nghiên cứu học viên thực với hướng dẫn thầy PGS TS Huỳnh Thanh Sơn Các thông tin sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng trích dẫn cụ thể Kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Học viên xin chịu hồn tồn trách nhiệm tính xác thực ngun luận văn Học viên Nguyễn Duy Anh Minh MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Tình hình nghiên cứu nước: 1.3 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu: .3 1.3.1 Mục tiêu đề tài: 1.3.2 Nội dung nghiên cứu: 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu: CHƯƠNG TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU, TÀI LIỆU CƠ BẢN 2.1 Tổng quan vùng nghiên cứu: 2.1.1 Vị trí địa lý: 2.1.2 Phạm vi khu vực nghiên cứu 2.1.3 Vấn đề sạt lở khu vực nghiên cứu 2.2 Tài liệu 11 2.2.1 Tài liệu địa hình .11 2.2.2 Tài liệu địa chất 15 2.2.3 Tài liệu thuỷ văn .19 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN SỐ HEC-RAS & BSTEM 22 3.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình tốn số .22 3.1.1 HEC-RAS 1D 1 .22 3.1.2 HEC-RAS 2D 2 .23 3.1.3 Biến đổi đáy lòng dẫn 26 3.1.4 Ổn định bờ xói chân bờ .27 3.2 Thiết lập mơ hình tính tốn HEC-RAS 1D, BSTEM hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 32 3.2.1 Sơ đồ tính tốn 32 3.2.2 Thiết lập điều kiện biên điều kiện ban đầu 35 3.2.3 Hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình: .50 3.3 Thiết lập mơ hình tính tốn HEC-RAS 2D hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 57 3.3.1 Phạm vi miền tính tốn: 57 i 3.3.2 Xây dựng lưới tính tốn: 59 3.3.3 Số liệu đầu vào mô hình HEC-RAS 2D 63 3.3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình HEC-RAS 2D: 69 3.4 Trường hợp mô số 77 3.5 Kết mô chuyển tải bùn cát mơ hình BSTEM (Bank Stability & Toe Erosion Model) 77 3.5.1 Diễn biến đáy sông 77 3.5.2 Diễn biến bờ sông 82 3.6 Kết mô thuỷ lực dịng chảy đoạn sơng nghiên cứu chi tiết mơ hình HEC-RAS 2D: 94 3.6.1 Chiều sâu nước: 97 3.6.2 Lưu tốc dòng chảy 100 3.6.3 Cao độ mực nước 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 108 ii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 2.1 Lưu vực sơng Đồng Nai vùng phụ cận Hình 2.2 Sơ họa hệ thống sơng Đồng Nai Hình 2.3 Phạm vi nghiên cứu tổng thể chi tiết Hình 2.4 Một số hình ảnh sạt lở gây hư hại Nhà văn hóa ấp nhà dân 10 Hình 2.5 Sơ họa vị trí khảo sát địa hình mặt cắt ngang 13 Hình 2.6 Bình đồ địa hình sơng Đồng Nai (đoạn qua khu vực xã Tân An xã Thiện Tân, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai) khảo sát tháng 7/2017 14 Hình 2.7 Sơ họa bố trí hố khoan địa chất 15 Hình 2.8 Vị trí Trạm khảo sát mực nước lưu lượng 20 Hình 3.1 Cao độ cột nước H 24 Hình 3.2 Ví dụ ô lưới HEC-RAS 2D 26 Hình 3.3 Sự phân chia khối phá hoại thành nhiều cột 29 Hình 3.4 Phân đoạn vùng dịng chảy cục bán kính thủy lực 31 Hình 3.5 Sơ đồ mặt cắt ngang khảo sát 33 Hình 3.6 Sơ đồ mặt cắt ngang sơng mơ hình thủy lực HEC-RAS 1D 34 Hình 3.7 Khai báo diều kiện biên trường hợp HEC-RAS 1D 35 Hình 3.8 Lưu lượng Mực nước thực đo ngã ba sông Bé sơng Đồng Nai ngày 02/08/2017÷09/08/2017 36 Hình 3.9 Biên thượng lưu lưu lượng Q1 ngã ba sơng Bé sơng Đồng Nai ngày 02/08/2017÷09/08/2017 37 Hình 3.10 Mực nước thực đo ngã ba Tân Un ngày 30/07/2017÷13/08/2017 38 Hình 3.11 Mực nước thực đo ngã ba Tân Uyên ngày 02/08/2017÷09/08/2017 39 Hình 3.12 Thơng số mặt cắt ngang đại biểu số 66 41 Hình 3.13 Sơ đồ mặt cắt ngang sơng mơ hình thủy lực bùn cát 42 Hình 3.14 Toạ độ chân bờ trái bờ phải mặt cắt ngang 43 Hình 3.15 Khai báo điều kiện ban đầu thông số hàm vận chuyển bùn cát 44 Hình 3.16 Thông số cấp phối bùn cát đáy mặt cắt đại biểu 45 Hình 3.17 Khai báo điều kiện biên bùn cát mặt cắt 66 vào thời gian 02/8/2017 đến ngày 09/08/2017 46 Hình 3.18 Khai báo thơng số tính tốn mơ hình BSTEM 48 Hình 3.19 Định nghĩa thông số bờ mặt cắt tiêu biểu số 66 với lớp đất 2b 49 Hình 3.20 Kết lưu lượng mô thực đo trạm Q2 53 Hình 3.21 Kết lưu lượng mô thực đo trạm Q3 54 iii Ngày tháng 02-01-19 11:00 02-01-19 12:00 02-01-19 13:00 02-01-19 14:00 02-01-19 15:00 02-01-19 16:00 02-01-19 17:00 02-01-19 18:00 02-01-19 19:00 02-01-19 20:00 02-01-19 21:00 02-01-19 22:00 02-01-19 23:00 03-01-19 0:00 03-01-19 1:00 Lưu lượng ( m3/s) P =2% Năm 2000 155,04 -56,25 -20,05 11,30 60,43 170,35 260,59 328,62 395,76 384,1 321,92 212,52 73,53 48,27 157,14 Mực nước ( m) P =2% Năm 2000 -0,25 0,04 0,31 0,51 0,68 0,77 0,77 0,70 0,55 0,40 0,33 0,38 0,55 0,72 0,81 Hình PL2.3 Đường q trình lưu lượng sau thu phóng ứng với tần suất P= 2% (Đơn vị: m3/s) 116 Hình PL2.4 Đường q trình mực nước sau thu phóng ứng với tần suất P= 2% (Đơn vị: m) 117 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHUYỂN TẢI BÙN CÁT VÀ MƠ HÌNH BSTEM Diễn biến xói lở mặt cắt ngang trường hợp mô lũ lịch sử tương tự lũ năm 2000, ứng với tần suất P=2% Bảng PL 3.1 Chỉ tiêu lý lớp đất Lớp đất Lớp Lớp 2a Lớp 2b Lớp Chiều dày(m) 4,5 7,5 4,4 2,7 Lớp 4a 0,5 Lớp 4b 1,6 Lớp 5a Tính chất lý Đất sét dẻo, màu xám xanh, xám nâu, trạng thái chảy Đất sét dẻo, màu nâu đỏ, nâu vàng, trạng thái dẻo mềm Đất sét dẻo, màu nâu vàng, xám xanh, trạng thái dẻo cứng Đất cát lẫn sét, màu nâu đỏ, xanh đen, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng Đất sét dẻo, màu vàng nhạt, trạng thái dẻo cứng Đất sét dẻo, màu xám xanh, nâu vàng, trạng thái nửa cứng Đá phong hóa mạnh, màu xám xanh, xám tro 118 Hình PL3.1 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 66 mơ hình ứng với P= 2% 119 Hình PL3.2 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 65 mô hình ứng với P= 2% 120 Hình PL3.3 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 51 mơ hình ứng với P= 2% 121 Hình PL3.4 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 50 mơ hình ứng với P= 2% 122 Hình PL3.5 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 49 mơ hình ứng với P= 2% 123 Hình PL3.6 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 48 mơ hình ứng với P= 2% 124 Hình PL3.7 Diễn biến xói lở mặt cắt ngang đại biểu số 47 mơ hình ứng với P= 2% 125 Hình PL3.8 Hệ số an tồn Fs mặt cắt đại biểu số 66 bờ trái trường hợp có kể đến nước ngầm chảy sơng 126 Hình PL3.9 Hệ số an toàn Fs mặt cắt đại biểu số 66 bờ phải trường hợp có kể đến nước ngầm chảy sơng 127 Hình PL3.10 Hệ số an tồn Fs mặt cắt đại biểu số 66 bờ trái trường hợp khơng có kể đến nước ngầm chảy sơng 128 Hình PL3.11 Hệ số an tồn Fs mặt cắt đại biểu số 66 bờ phải trường hợp khơng có kể đến nước ngầm chảy sơng 129 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Duy Anh Minh Ngày, tháng, năm sinh: 12/08/1993 Nơi sinh: Đồng Tháp Địa liên lạc: 1.13 lô B, c/c Lạc Long Quân P5, Q11, TP.Hồ Chí Minh Số điện thoại: 0944703499 Email: anhminhhe@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 2012 – 2017: sinh viên đại học chun ngành kỹ thuật cơng trình thuỷ, khoa kỹ thuật xây dựng Trường đại học Thuỷ lợi; Từ năm 02/2017 đến nay: học viên cao học ngành kỹ thuật tài nguyên nước Trường đại học Bách khoa, Đại Học Quốc Gia TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ tháng 02/2017 – 02/2018: Công tác Trung tâm tư vấn thiết kế cơng trình Viện thuỷ lợi mơi trường, Đại học Thuỷ lợi 130 ... sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước Mã số: 60580212 I.TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ổn định bờ sông Đồng nai (đoạn qua khu vực xã Tân an huyện Vĩnh cửu, tỉnh Đồng nai) mơ hình tốn số Hec- Ras. .. sạt lở bờ sơng cho khu vực nghiên cứu xã Tân An, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai CHƯƠNG TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU, TÀI LIỆU CƠ BẢN 2.1 Tổng quan vùng nghiên cứu: 2.1.1 Vị trí địa lý: Lưu vực hệ... hình lịng dẫn (bao gồm đáy sơng bờ sơng) mơ hình tốn số HEC- RAS & BSTEM cho đoạn sông Đồng Nai sau hồ thuỷ điện Trị An thuộc khu vực xã Tân An, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai 1.3.2 Nội dung nghiên