Nghiên cứu mô hình HEC RAS để xác định vùng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước đăk mi 4

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG PH M TH KIM PH NG NGHIÊN C U MƠ HÌNH HEC - RAS Đ XÁC Đ NH VÙNG NG P L T THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI CHUN NGÀNH: XÂY D NG CƠNG TRÌNH TH Y Mà S : 60.58.40 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T ĐÀ N NG - 2011 Cơng trình đư c hồn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: GS.TS NGUY N TH HÙNG Ph n bi n : TS Nguy n Văn Minh Ph n bi n : PGS.TS Nguy n Thư ng Lu n văn ñã ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 29 tháng năm 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i: • Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng • Trung tâm H c Li u, Đ i h c Đà N ng 1 M Đ U Lý ch n ñ tài H th ng sông Vu Gia – Thu B n thu c t nh Qu ng Nam, m t ph n t nh Kon Tum ( thư ng ngu n) Thành ph Đà N ng Là sông có ti m kinh t k thu t th y ñi n g n t kWh/năm, ñ ng th sông Vi t Nam sau sông Đà, sông Đ ng Nai sông Sê San Trong tình hình thi u h t nghiêm tr ng ngu n cung c p lư ng hi n t i tương lai, vi c xây d ng cơng trình th y n - th y l i h th ng sông s b sung lư ng ñi n ñáng k vào h th ng n Qu c gia, ngồi cịn góp ph n thúc đ y cho s phát tri n Kinh t , xã h i cho khu v c mi n Trung ñ t nư c Đ c bi t, v i ti m d i chưa ñư c khai thác, t nh Qu ng Nam có nhi u u ki n phát tri n m t cách toàn di n hi n ñ i Đ ñ m b o cho s phát tri n kinh t khu v c, địi h i ph i xây d ng s h t ng, n i b t nh t giao thơng, n nư c Cơng trình th y ñi n Đăk Mi ñư c khai thác theo sơ ñ b c: B c s d ng ngu n nư c c a sông Đak Mi đ t o thành h sơng Đak Mi m t ñư ng h m chuy n nư c sang sông ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c 152 m B c dư i t n d ng l i ngu n nư c sau Nhà máy Đak Mi b c ph lưu c a sông ng n Thu B n có chênh l ch c t nư c 39 m Cơng trình th y n Đak Mi s góp ph n b sung ngu n lư ng vào h th ng ñi n Qu c gia v i t ng công su t l p ñ t 190 MW ñi n lư ng hàng năm kho ng 768.4 tri u kWh Trong quy ho ch thi t k th y ñi n, k t qu xác c a vi c nghiên c u vùng ng p l t mùa lũ t i v trí lịng h r t quan tr ng nh m xác ñ nh ñư c vùng c n di d i tái ñ nh cư quanh khu v c xây d ng lòng h nh m gi m thi u h u qu v ngư i tài s n thiên tai lũ l t gây ra, ñ ng th i gi m đư c chi phí đ u tư cho d án vi c di d i tái ñ nh cư m c th p nh t Tuy nhiên, tính lũ, đ đơn gi n cho q trình tính toán ngư i ta thư ng xem m c nư c h n m ngang, ho c tính theo dịng ch y n đ nh Nhưng th c t m c nư c h dâng lên dòng ch y h dịng ch y khơng n ñ nh 2 Do ñó, ñ có m t b c tranh v dịng ch y lũ h ch a, tác gi ch n ñ tài: “Nghiên c u mơ hình Hec – ras đ xác đ nh vùng ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4” M c đích nghiên c u Nghiên c u áp d ng mơ hình tốn th y l c HEC – RAS đ tính tốn kh ng p l t thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi T đó, đánh giá ph m vi m c ñ ng p l t vùng thư ng lưu nh m c nh báo lũ ñ nh hư ng công tác qui ho ch phát tri n Đ i tư ng ph m vi nghiên c u -Đ i tư ng nghiên c u c a ñ tài ch ñ mưa - lũ h th ng sơng; áp d ng mơ hình tốn th y văn, thu l c tính tốn dịng ch y lũ -Ph m vi nghiên c u: Lưu v c h th ng sông Đăk Mi Phương pháp nghiên c u -Phương pháp ñi u tra, thu th p s li u -Phương pháp th ng kê, t ng h p ñ a lý -Phương pháp áp d ng mơ hình tốn h c v thu văn, thu l c Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a ñ tài Đánh giá l i ch ñ , ñ c ñi m lũ l t c a h th ng sơng Đăk Mi đ xây d ng phương án d báo lũ, kh ng p l t nh m ñ m b o s n su t an toàn vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi S n ph m c a ñ tài s cơng c r t c n thi t góp ph n ph c v cơng tác đ nh hư ng qui ho ch lịng h ; s đ d báo kh ng p lũ ñ ch ñ v n hành nh m nâng cao kh lũ h Đăk Mi đ m b o an toàn cho vùng thư ng lưu lưu v c h th ng sông Đăk Mi B c c c a lu n văn Lu n văn ph n m ñ u, k t lu n ki n ngh , g m có 03 chương: Chương 1: T ng quan v cơng trình th y n Đăk Mi Chương 2: Các phương pháp tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi Chương 3: nư c Đăk Mi4 ng d ng mơ hình Hec – ras tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a CHƯƠNG 1: T NG QUAN V CƠNG TRÌNH TH Y ĐI N ĐĂK MI 1.1.Đ c ñi m ñi u ki n t nhiên lưu v c h ch a nư c Đăk Mi Cơng trình th y ñi n Đak Mi ñư c khai thác theo sơ ñ b c: B c s d ng ngu n nư c c a sông Đak Mi đ t o thành h sơng Đak Mi m t ñư ng h m chuy n nư c sang sông ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c 152m Công trình th y n Đak Mi có n đ p b c n m sơng Đak Mi, lưu v c sơng đ n n đ p có di n tích 1.125 km2, chi u dài sơng 76 km, đ d c lịng sơng 26,7o/oo, đ cao trung bình lưu v c 950 m Sơng Đăk Mi ph n thư ng lưu c a sông Cái, m t sông l n c a h th ng sông Vu Gia-Thu B n Sông Cái b t ngu n t ñ nh núi thu c dãy Trư ng Sơn, ch y theo hư ng B c – Nam, gia nh p v i sơng Bung T nh p lưu sơng có tên Vu Gia ch y theo hư ng Tây-Đơng, đ vào Bi n Đơng 1.1.1 V trí đ a lý Phía b c giáp huy n Qu Sơn Nam Giang, phía tây giáp huy n Nam Giang, phía nam Kon Tum, phía đơng huy n Trà My Hi p Đ c Cơng trình th y n Đak Mi n m sông Đăk Mi thu c huy n Phư c Sơn, T nh Qu ng Nam D án n m gi i h n t a ñ ñ a lý: 15015’ – 15030’ vĩ đ B c; 107045’ – 107057’ kinh đ Đơng, cách Tam Kỳ kho ng 85 Km theo hư ng Tây B c 1.1.2 Đ c ñi m ñ a hình Khu v c cơng trình thu c dãy Trư ng Sơn nên có đ a hình ph c t p b phân c t m nh, có đ a hình d c, sư n có đ nghiêng t 150- 350 cao ñ bi n thiên t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao 1.800 m Sau tích nư c h ch a s làm ng p kho ng 5,5km ÷ 6km đư ng t nh l 14E c u Nư c M 1.1.3.Đi u ki n khí h u th y văn khu v c 1.1.3.1.Đ c m khí h u -Nhi t đ khơng khí: khu v c nhi t đ trung bình năm khơng l n, t i tr m Trà Mi kho ng th i gian t năm 1978-2005 24,5oC Các tháng nóng nh t năm thư ng tháng V, VI, VII, tháng l nh nh t thư ng tháng XII hay tháng I 4 -Đ m c a không khí: Đ m khơng khí khu v c l n, giá tr trung bình năm t i tr m Trà Mi đ t 87%, giá tr trung bình tháng gi a tháng năm chênh l ch không nhi u, ñ m l n nh t h u ñ t 100%, ñ -Mưa: Mùa mưa m nh nh t trung bình đ t 38% khu v c thư ng b t ñ u vào tháng IX k t thúc vào tháng XII, lư ng mưa tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm Các tháng V VI không ph i mùa mưa thư ng có lư ng mưa l n, ñây nguyên nhân sinh lũ ti u mãn khu v c -Gió: Các đ c trưng v gió l y theo tr m Trà Mi, tài li u quan tr c t 1978-2005 Khu v c có mùa gió rõ r t, t tháng III đ n tháng VIII hư ng gió th nh hành Đông Đông Nam, t tháng IX đ n tháng II năm sau hư ng gió th nh hành B c Đông B c T c đ gió trung bình năm là: 2,2 m/s -B c hơi: Do đ m khơng khí l n nên lư ng b c nh Các tháng mùa mưa có lư ng b c nh ngư c l i tháng mùa khơ có lư ng b c l n Lư ng b c Piche t i Trà Mi trung bình năm là: 660 mm 1.1.3.2.Đ c m dịng ch y Tr m thu văn Thành M sông Cái (ph n h du sơng Đak Mi) có tài li u dịng ch y th c ño t 1977-2008 Lưu lư ng trung bình tháng, năm 1976 t i tr m Thành M đư c tính theo tương quan dịng ch y Nơng Sơn - Thành M năm 1977 Dịng ch y tháng tr m Thành M ñã b sung năm 1976 b ng 1.10 Dòng ch y c a sông Đak Mi khu v c lân c n có hai mùa rõ r t Mùa lũ t tháng X ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau Mùa lũ ng n (ch tháng), lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60% ÷ 70% lư ng nư c c năm Ngư c l i mùa c n kéo dài t i tháng ch chi m kho ng 30% ÷ 40% lư ng nư c c năm Lưu lư ng gi m d n t tháng I ñ n tháng IV, tháng V-VI dòng ch y tăng lên nh mưa ti u mãn Tháng ki t nh t năm thư ng tháng IV 1.1.4.Đi u ki n ñ a ch t, th ng cơng trình 1.1.4.1.L ch s đ a ch t 1.1.4.2.Ki n t o 1.1.4.3.Đi u ki n đ a ch t n cơng trình(tuy n ñ p tràn) N n hai vai ñ p ñ t ñá thu c h t ng Khâm Đ c, ch y u ñá phi n th ch anhmica d ng gneis v i chi u dày t ng ph (là ñ t sét màu nâu đ l n dăm đá g c) dày 3-15 m Ph n lịng sơng có l p cu i s i dày 2-5 m ph lên n n ñá ñ i IB b trái ñ a ch t ñáp ng t t yêu c u xây d ng cơng trình 1.1.4.4 Th ng Các lo i ñá khu v c g m ch y u ñá bi n ch t gneis d ng gneiss gneiss plagiocla, gneiss biotit, dioritgneiss, granitogneiss, amphybol, phi n th ch anh… c a h t ng khâm Đ c, plagioclagranit c a ph c h Chu Lai tr m tích đ t 1.2.Ngun nhân hình thành m t s ch đ gây mưa lũ: Khu v c D án thu c vùng núi th p chuy n ti p sang vùng núi cao c a dãy Trư ng Sơn, m c đ phân c t m nh, có đ a hình d c, sư n có đ nghiêng t 15- 35o, cao ñ bi n thiên t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao 1.800 m Mùa mưa khu v c thư ng b t ñ u vào tháng IX k t thúc vào tháng XII, lư ng mưa tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm Các tháng V VI không ph i mùa mưa thư ng có lư ng mưa l n, ngun nhân sinh lũ ti u mãn khu v c Dịng ch y c a sơng Đăk Mi khu v c lân c n có hai mùa rõ r t Mùa lũ t tháng X ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau Mùa lũ ng n (ch tháng), lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60÷70% lư ng nư c c năm Ngư c l i mùa c n kéo dài t i tháng ch chi m kho ng 30÷40% lư ng nư c c năm Lưu lư ng gi m d n t tháng I ñ n tháng IV, tháng V-VI dòng ch y tăng lên nh mưa ti u mãn Tháng ki t nh t năm thư ng tháng IV 1.3.Hi n tr ng công trình lưu v c 1.3.1.Các nghiên c u trư c ñây Nghiên c u v s d ng ngu n nư c sơng Đak Mi đư c th c hi n t nh ng năm 70 c a th k 20 M t nh ng nghiên c u có h th ng đư c y ban Qu c gia sông Mê Kông th c hi n năm 1972 Đó “Deck Study for Water Resources Projects in Vietnam” Theo nghiên c u này, sông Đak Mi ñư c khai thác v i m c ñích lư ng g m b n nhà máy th y ñi n Đak Mi 1, 2, v i cơng su t l p đ t tương ng 50, 55, 27 22 MW 1.3.2.Các nghiên c u g n ñây Nghiên c u g n Quy ho ch h th ng sơng Vu Gia-Thu B n đư c Cơng ty Tư v n Xây d ng Đi n th c hi n t năm 1998 ñ n năm 2003 Theo báo cáo Quy ho ch h th ng sông Vũ Gia – Thu B n này, cơng trình Đak Mi n m h th ng sau: B ng 1.27.Quy ho ch h th ng sông Vu Gia – Thu B n No Thông Sông Sông A Đak Đak Sông Sông Bung Gi ng Vương Mi Mi Tranh Côn s Sông Bung Đv 1 2 MNDBT m 570 230 60 380 820 260 170 312.5 MNC m 525 175 50 340 770 220 135 290 Nlm MW 100 220 60 210 225 210 135 60 379 833 231 753 850 787 513 249 1.45 1.04 1.44 1.29 1.36 1.17 1.26 106k Enăm B/C - 1.09 EIRR % 11.90 22.77 10.85 20.93 15.92 19.22 13.43 17.82 Wh V i phương án Quy ho ch trên, cơng trình Đak Mi có ch tiêu kinh t tương ñ i t t ñư c ki n ngh nghiên c u ti p 7 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI Dòng ch y lũ dịng ch y thư ng ch đ khơng n đ nh, s dâng lên hay rút xu ng nhanh chóng c a m t tr n lũ k t h p v i ch đ sóng, gió có nh hư ng r t l n ñ n kh ng p lũ Trong th c t thi t k tính tốn, tùy theo cơng trình l c lư ng c a quan tính tốn thi t k có th phân hai nhóm phương pháp tính: + Chia th i gian tính tốn lũ thành nhi u th i ño n tương ng v i th i gian nh t ng th i ño n xem dòng ch y dòng ch y n đ nh + Tính dịng ch y lũ d a vào mơ hình tốn t ng qt, bi u di n tương ñ i ñ y ñ tr ng thái chuy n ñ ng c a lũ 2.1.Tính tốn lũ t a dịng ch y n đ nh Đ ñơn gi n ñơn v thi t k chia nh th i gian thành nh ng th i ño n nh ∆t t ñ n 10 phút đ tính tốn kh ng p lũ Trong th i ño n ng n ta xem m c nư c thư ng h lưu không đ i đ dùng cơng th c tính tốn th y l c thơng thư ng c a dịng ch y n đ nh đ tính lưu lư ng qua cơng trình c n tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi V i cách tính có m t s m không h p lý sau: + Xem lư ng nư c c a toàn b lưu v c mưa t p trung l p t c t i v trí cơng trình, v y u khơng v i dịng ch y th c t + Xem sông Đăk Mi n thư ng ngu n đ p Đăk Mi có m c nư c n đ nh khơng đ i m c nư c h ch a t ng th i đo n nh khơng xác Th c ch t sơng Đăk Mi dịng ch y khơng n đ nh có đ d c m c nư c sông + Xem chênh l ch m c nư c thư ng h lưu công trình khơng đ i t ng th i đo n nh khơng xác 2.2 Tính tốn lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi theo mơ hình tốn: S d ng mơ hình tốn mơ ph ng q trình th y l c h th ng b ng phương trình tốn h c Lo i mơ hình có tính m m d o ñáp ng ñư c v i nhi u tốn kích c khác nhau, u ki n biên khác V i s phát tri n nhanh chóng c a th h máy tính, mơ hình tốn m t cơng c m nh, nhanh kinh t vi c tìm l i gi i phương án quy ho ch khác 8 V m t h c thu t, hi n có mơ hình ph c t p, mơ hình m t chi u, hai chi u, ba chi u mơ t đư c dịng ch y th c khơng n đ nh sơng, h 2.3.Các mơ hình tốn th y l c tính lũ m t chi u Hi n nay, đ tính tốn th y l c có r t nhi u ph n m m n i ti ng mơ ph ng dịng ch y m t chi u sông, ch ng h n nh ng ph n m m sau: Ph n m m MIKE 11 c a Đan M ch (m t chi u – 1D) Ph n m m MACARET c a Pháp (1D) Ph n m m HES- RAS c a M (1D) Ph n m m TELEMAC c a Pháp (1D k t n i v i 2D) Ph n m m SMS c a M (1D k t n i v i 2D),… Các mơ hình m nh, có kh mô ph ng hi n tư ng th y l c ph c t p, có tính t đ ng hóa cao Trong nư c, hi n có ph n m m mơ ph ng dịng ch y, m c nư c n ng ñ m n c a h th ng m ng lư i sơng đ ng b ng như: Mơ hình VRSAP c a c Phó Giáo sư Nguy n Như Kh Mơ hình SAL c a Phó Giáo sư Nguy n T t Đ c Mơ hình KOD c a Giáo sư Nguy n Ân Niên,… Các mơ hình có ưu m đơn gi n, d s d ng Tuy nhiên, mơ hình có c m khơng t ng qt, m m d o đ xác khơng cao M c đích c a đ tài ng d ng mơ hình tốn đ tính dịng ch y khơng n ñ nh c a sông Đăk Mi t i n thư ng ngu n ñ p Đăk Mi Sơng Đăk Mi n thư ng ngu n đ p Đăk Mi có h s nhám tương đ i n ñ nh Khi lũ, m c nư c sơng đ ng g n n m ngang, v n t c tương ñ i ñ ng ñ u m t chi u Qua so sánh mơ hình tốn u ki n áp d ng chúng, đ tài ch n mơ hình Hec- Ras (1D) version 4.0 c a Hoa Kỳ ñ tính tốn ki m tra kh ng p lũ c a vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi Hec- Ras (1D) version 4.0 ñã ñư c phân ph i mi n phí, s d ng thân thi n có kh mơ ph ng t t dòng ch y c a khu tr ven b , đ ng ru ng cơng trình 2.4.Mơ hình tính tốn dịng ch y đ n Lưu lư ng ñ n t i biên c a tốn th y l c t mưa đư c mơ hình hóa b ng tốn h c, đư c g i mơ hình tốn dịng ch y đ n Riêng lưu lư ng b sung d c sông khu tr v i chi u dài t p trung dịng ch y khơng l n l m, di n tích h ng nư c đ ng ru ng tương đ i ph ng nên có th xem mơ hình mưa phân b đ u, lưu lư ng b sung khơng thay đ i Mơ hình hóa dòng ch y m t phương pháp khoa h c ñ y hi u l c giúp cho xâm nh p sâu vào b n ch t t nhiên c a dòng ch y Hi n có hàng trăm mơ hình dịng ch y, có th th ng nh t tách hai lo i mơ hình phân bi t (mơ hình t t đ nh mơ hình ng u nhiên) Dù b n ch t c a dòng ch y ng u nhiên, th a nh n t n t i nh ng giai đo n hình thành dịng ch y nh ng thành ph n t t đ nh đóng vai trị ch y u 10 CHƯƠNG 3: NG D NG MƠ HÌNH HEC – RAS TÍNH NG P LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI 3.1 Mơ hình tốn Hec-Ras Lu n văn áp d ng mơ hình Hec-Ras 4.0 quân ñ i Hoa kỳ xây d ng phát tri n Đây mơ hình tốn m t chi u (1D) bao g m hai ph n: mô hình th y l c mơ hình truy n ch t HEC-RAS đư c xây d ng đ trình di n q trình tính thu l c m t chi u cho m ng lư i sông su i t nhiên hay kênh nhân t o Mơ hình có kh t đ ng hóa cao vi c nh p s li u, n i suy m t c t ngang; đư c dùng đ tính toán m c nư c, lưu lư ng, s xâm nh p m n vùng sông nh hư ng tri u, v n chuy n bùn cát sông; mô hình tốn gi i h phương trình Saint – Venant m t chi u h th ng sông, kênh h phương trình truy n ch t Ngồi mơ hình cịn dùng đ tính tốn thêm m t s y u t ch t lư ng nư c lan truy n ch t dinh dư ng, ch t hồ tan 3.2.H phương trình b n s d ng Hec – ras 3.2.1 Phương trình liên t c Phương trình liên t c mơ t đ nh lu t b o tồn kh i lư ng cho toán m t chi u: ∂A ∂S ∂Q + + − ql = ∂t ∂t ∂x (3.7) Trong : x : Kho ng cách d c theo sông t : Th i gian Q : Lưu lư ng A : Di n tích m t c t ngang S : Lư ng tr ql : Lưu lư ng ch y vào t bên, m t đơn v chi u dài Phương trình có th đư c vi t cho lịng d n bãi ∂Qc ∂Ac + = qf ∂x c ∂t (3.8) 11 ∂Q f + ∂x f ∂A f ∂t + ∂S = qc + ql ∂t (3.9) Các ch s dư i c f bi u th dịng dịng bãi, ql dịng ch y bên m t ñơn v chi u dài dịng bãi, ql lư ng trao đ i nư c gi a lòng d n bãi Hai phương trình (3.8) (3.9) đư c `x p x b ng cách s d ng sơ ñ sai phân n, thay phương trình (3.4) đ n (3.6) vào hai phương trình trên: ∆Qc ∆Ac − + =qf ∆x c ∆t (3.10) − − ∆Qt ∆At ∆S + + = qc + q f ∆x1 ∆t ∆t (3.11) S trao đ i kh i lư ng b ng khác d u, : ∆xc qc = -qf ∆xƒ (3.12) Thay vào phương trình (3.10) (3.11) : ∆Q + ∆A f ∆Ac ∆S ∆xc + ∆x f + ∆x f − Ql = ∆t ∆t ∆t (3.13) Trong : : Lưu lư ng trung bình dịng ch y bên Ql 3.2.2 Phương trình ñ ng lư ng Phương trình ñ ng lư ng xu t phát t ñ nh lu t bi n thiên ñ ng lư ng ∂Q ∂ (VQ)  ∂z  + + gA + S f  = ∂t ∂x  ∂x  (3.14) Trong : g : Gia t c tr ng trư ng Sf : Đ d c th y l c V :V nt c Phương trình có th đư c vi t cho dịng bãi :  ∂z  ∂Qc ∂ (Vc Qc ) + + gAc   ∂x + S fc  = M f  ∂t ∂xc  c  ∂Q f ∂t + ∂ (V f Q f ) ∂x f  ∂z + gA f  + S ff  ∂x  f   = Mc   (3.15) (3.16) 12 Trong Mc Mf nh ng dịng đ ng lư ng m t ñơn v chi u dài trao ñ i tương ng gi a dịng bãi Trong nh ng phương trình gi thi t đư c s d ng m t nư c n m ngang m t c t t vng góc v i phương dòng ch y B i v y ñ cao m t nư c cho dịng bãi t i m t m t c t xác ñ nh D ng sai phân c a phương trình (3.15) (3.16) :  ∆z  ∆Qc ∆(Vc Qc ) + + gAc  + S fc  = M f  ∆x  ∆t ∆xc  c  ∆Q f ∆t + ∆(V f Q f ) ∆x f  ∆z + gA f  + S ff  ∆x f    = Mc   (3.17) (3.18) S trao ñ i lư ng ph i b ng khác d u : ∆xc Mc = - ∆xf Mf C ng hai phương trình s p x p l i ta ñư c : ∆ (Qc ∆xc + Q f ∆x f ) ∆t + ∆(Vc Qc ) + ∆(V f Q f ) + g (Ac + A f )∆z + gAc S fc ∆xc + gA f S ff ∆x f = (3.19) Hai thông s cu i l c ma sát b tác d ng lên ch t l ng Thành ph n l c có th vi t l i dư i d ng tương ñương : gA.S f ∆xc = gAc S fc ∆xc + gA f S ff ∆x f (3.20) Trong : ∆xc : Chi u dài dịng ch y tương đương Sf : Đ d c th y l c cho toàn b m t c t, − − A = Ac + A f V y thơng s đ i lưu có th đư c vi t l i thơng qua vi c xác ñ nh h s phân b lưu t c : (v A β= c c + v Af f v A ) = (v Q c c + v f Q f ) Q.v (3.21) Do : ∆(β v.Q ) = ∆(vc Qc ) + ∆(v f Q f ) D ng cu i c a phương trình đ ng lư ng : (3.22) 13 ∆ (Qc ∆xc + Q f ∆x f ) ∆(β v.Q )  ∆z + + gA   ∆x + S f ∆t.∆xc ∆xc  c  =0   (3.23) 3.3.Phương hư ng gi i h phương trình b n s d ng Hec–ras 3.3.1 Tuy n tính hóa phương trình sai phân h u h n * Các gi thi t : N u ƒ x ƒ >> ∆ƒ x ∆ƒ ∆ƒ x ∆ƒ = ( theo Preissmann nêu báo cáo Liggett Cunge, 1975) N u g = g(Q,z) ∆g có th đư c x p x b ng s h ng ñ u c a chu i  ∂g   ∂g  ∆g l =   ∂Q  ∆Qi +  ∂z  ∆z i   i  j Taylor: N u bư c th i gian, ∆t nh , có th coi giá tr c a bi n khơng đ i ; h n +1 ≈ h n ∆hƒ ≈ f f Gi thi t ñư c ng d ng cho ñ d c th y l c Sf di n tích A Gi thi t đư c ng d ng cho v n t c v, s h ng ñ i lưu; h s phân b v n t c β, chi u dài dòng ch y tương ñương x, h s phân b lưu lư ng φ 3.3.2 H s phân ph i dòng ch y C n ph i xác ñ nh s phân ph i lưu lư ng gi a dịng bãi Ph n dịng ch y sơng đư c xác ñ nh sau: φj = Qcj (3.30) Qcj + Q fj Fread (1976) gi thi t r ng ñ d c th y l c gi a dịng bãi tương t nhau, s phân ph i lưu lư ng ñư c chia theo t l c a mơ đun lưu lư ng Do mơ hình Hec-Ras h s phân ph i xác ñ nh : φj = K cj (3.31) K cj + K fj 3.3.3 Chi u dài dòng ch y tương ñương ∆xe = Ac S fc ∆xc + A f S ff ∆x f AS f Theo Fread h s phân ph i lưu lư ng trung bình c a đo n: (3.32) 14 − − φ= Kc − − , Kc+ Kf − ∆x c = Thì: − A c ∆x c + A f ∆x f − A V y ∆xc ñư c xác ñ nh : ∆xe = (A cj + Acj +1 )∆xcj + (A fj + A fj +1 )∆x fj A j + A j +1 (3.33) 3.3.4.Đi u ki n biên Theo sơ ñ sai phân v i m t đo n sơng có N nút tính tốn có N-1 ph n t sai phân h u h n nên ch có 2N-2 phương trình sai phân S n (∆Q ∆z) cho m i nút 2N n s , nên c n ph i có thêm hai phương trình n a Vì v y t i m i nhánh, v i dịng ch y xi t địi h i ñi u ki n biên c u ñi u ki n biên thư ng lưu nhánh V i dòng ch y êm yêu thư ng lưu ñi u ki n biên h lưu 3.3.4.1 Đi u ki n biên phía (cho k t n i nhánh ) 3.3.4.2.Đi u ki n biên thư ng lưu 3.3.4.3.Đi u ki n biên h lưu 3.3.5.Đi u ki n ban ñ u Bên c nh ñi u ki n biên, c n ph i ñưa vào ñi u ki n ban ñ u c a h th ng t i th i ñi m b t ñ u c a q trình mơ ph ng dịng ch y khơng n đ nh Đi u ki n ban ñ u bao g m giá tr v m c nư c lưu lư ng t i m i m t c t, cao ñ m c nư c c a ô ru ng Chương trình HecRas 4.0 cho phép nh p u ki n ban ñ u theo hai cách: + Vào d li u v lưu lư ng t i th i ñi m ban ñ u c a m i nhánh Chương trình s tính tốn giá tr m c nư c lưu lư ng t i m t c t tương ng v i dòng ch y n ñ nh + Nh p tr c ti p giá tr v m c nư c lưu lư ng t i m t c t Cách thư ng dùng mơ ph ng dịng ch y khơng n ñ nh th i gian dài, ph i chia làm nhi u th i ño n ñ tính tốn Khi đó, giá tr th i đo n cu i c a th i ño n trư c ñư c s d ng làm ñi u ki n biên c a th i ño n k ti p 15 3.4 Áp d ng tính tốn cho dịng ch y lũ vùng thư ng lưu h ĐăkMi4: *Sơ ñ tính tốn: Hình 3.6: Sơ đ v trí nhánh sơng, su i tính tốn Hình 3.7: Sơ đ mơ hình hóa v trí nhánh sơng tính tốn ch a nư c 16 T chương trình, tác gi xây d ng mơ hình 3D cơng trình th y ñi n Đăk Mi ng v i m c nư c max p = 0,5% bi u di n hình 3.8 Hình 3.8: Mơ hình 3D cơng trình th y ñi n Đăk Mi ng v i m c nư c max p = 0,5% * K t qu tính tốn: M ng lư i sơng Đăk Mi v i sơng su i cơng trình sơng t o thành m t h th ng ñi u ki n biên chương trình HEC – RAS gi i cho giá tr m c nư c lưu lư ng t i t ng m t c t sơng K t qu tính toán giá tr c a m t c t t i th i ñi m c t nư c l n nh t đư c trình bày b ng PL 1.1 ( ph l c 1) ñư ng m c nư c l n nh t Hmax ng v i t n su t 0,5% d c sơng phía thư ng lưu đ p Đăk Mi tính theo ph n m m HEC – RAS th hi n hình 3.9 17 Hình 3.9: Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c thư ng lưu đ p Đăk Mi tính theo ph n m m HEC – RAS K t qu tính toán giá tr lưu lư ng, c t nư c v n t c t i m t c t trư c ñ p Đăk Mi ( m t c t 1, ño n ) ñư c cho b ng 3.5 B ng 3.5: Giá tr lưu lư ng, c t nư c v n t c t i m t c t trư c ñ p ĐăkMi STT A Ch tiêu Giá tr Đơn v Lũ ng v i t n su t p = 0,5% ng v i m c nư c l n nh t Hmax (11h, 23/10/1998) Lưu lư ng Q m3/s 5300,25 V nt cV m/s 0,26 Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax m 258,02 B Giá tr lưu lư ng, m c nư c l n nh t (12h, 23/10/1998) Lưu lư ng Q m3/s 9432,55 V nt cV m/s 0,49 Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax m 254,55 Gi C Th i gian t Hmax ñ t ñ n Qmax 18 Đư ng m c nư c l n nh t ng v i t n su t 0,5% t i m t c t trư c ñ p Đăk Mi ( m t c t 1, ño n 2, sơng Đăk Mi) tính theo ph n m m HEC – RAS th hi n hình 3.10 ph l c Hình 3.10: C t nư c Hmax t i m t c t ngang thư ng lưu ñ p Đăk Mi ( m t c t 1, đo n ) tính theo ph n m m HEC – RAS Theo k t qu t chương trình ghi b ng 3.5, ta th y giá tr lưu lư ng, bi u ñ quan h lưu lư ng m c nư c t i m t c t s 1, thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi ng v i t ng gi đư c cho hình 3.11 19 Hình 3.11: Quan h Q ∼ t, H ∼ t a ∼ t c a lũ ng v i t n su t 0,5% t i m c t K t qu tính tốn th hi n ph l c di n tích th c t ng p úng vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi ñư c th hi n sơ đ hình 3.12 Hình 3.12: Sơ đ th hi n di n tích th c t ng p úng vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 20 3.5.Tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi theo phương pháp t a n ñ nh: Theo phương pháp c n s ng p úng lịng h Đăk Mi đư c tính theo quan ni m dịng ch y t a n đ nh, t c t i m i th i ño n ∆t dịng ch y xem n đ nh Như v y, m c nư c cao nh t lòng h Đăk Mi s tương ng v i ñư ng m t nư c ng v i lưu lư ng max đ nh lũ K t qu tính tốn ñư ng m t nư c theo phương pháp t a n đ nh đư c cho b i hình v 3.13 b ng PL1.2 (ph l c 1) Hình 3.13:Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c thư ng lưu ñ p Đăk Mi tính theo phương pháp t a n đ nh 21 3.6 So sánh k t qu tính tốn m c nư c l n nh t theo Hes – ras phương pháp t a n đ nh: *Sơng Đăk Mi: 280 Theo PM Hec - ras 275 H(m) Theo 270 PP t a n ñ nh 265 260 255 250 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 x(m) *Sông nhánh Đăk Sa: 259 258 Theo PP t a n ñ nh 257 Theo PM Hec - ras 256 255 254 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Hình 3.14: Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c sơng Đăk Mi tính theo ph n m m Hec – ras phương pháp t a n ñ nh *Nh n xét: -Theo mơ hình tốn dùng đ tính tốn dịng ch y khơng n đ nh, y u t th y l c v dòng ch y như: lưu t c dòng ch y áp su t t i m t v trí thay đ i theo th i gian, phương trình đ ng lư ng ta khơng th b qua đ i lư ng l c quán tính nên giá tr c t nư c lưu lư ng khơng đ t c c tr ñ ng th i -K t qu tính theo mơ hình tốn c t nư c ñ t l n nh t, lưu lư ng chưa ñ t giá tr l n nh t V n ñ phù h p v i dòng ch y khơng n đ nh sơng thiên 22 nhiên, c c tr khơng đ ng th i xu t hi n Giá tr lưu lư ng v n t c l n nh t ñ n ch m giá tr m c nư c Cư ng ñ ñ nh lũ biên l n th i gian đ dịng ch y đ t t Hmax ñ n Qmax nh -Do dòng ch y lũ có qn tính nên k t qu tính theo mơ hình tốn khơng n đ nh Hec – ras khác v i phương pháp t a n ñ nh -Do có k đ n l c qn tính trình lũ lên xu ng nên k t qu tính theo mơ hình Hec – ras l n tính theo phương pháp dịng ch y t a n ñ nh 23 K T LU N - KI N NGH A.K T LU N: * Lu n văn s d ng ph n m m HEC – RAS xây d ng d a mơ hình tốn m t chi u đ tính tốn dịng ch y khơng n đ nh thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi cho k t qu tính tốn g n v i th c t ng p úng thư ng lưu ch a nư c Đăk Mi *T k t qu thu ñư c qua tính tốn d a vào ph n m m HEC – RAS góp ph n d báo đư c vùng ng p lũ thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi đư c xác xây d ng đư ng q trình x lũ t i h ch a nư c Đăk Mi ñư c h p lý *K t qu xác c a vi c nghiên c u cho bi t vùng c n di d i dân tái ñ nh cư dân cư quanh khu v c lòng h nh m gi m thi u h u qu v tính m ng kinh t thiên tai lũ l t gây ra, ñ c bi t tình hình th i ti t nh ng năm g n ñây mưa lũ ngày tr nên ph c t p hơn, ñ ng th i gi m ñư c chi phí ñ u tư cho d án vi c di d i tài ñ nh cư m c t t nh t *T lưu lư ng tính tốn x lũ qua tràn xác góp ph n d báo lũ h lưu h ch a ñư c t t B.KI N NGH : *Trong th i gian t i c n l p tr m ño th y văn ñ ño lưu lư ng hàm lư ng bùn cát c a sông khu v c d án đ có đư c s li u tin c y góp ph n d báo ng p lũ b i l ng lịng h đư c t t *Ph n m m HEC – RAS thân thi n, mi n phí, đáp ng đư c u c u tính tốn u ti t lũ b i l ng lòng h , đ ngh nên đưa ph n m m vào gi ng d y tính tốn thi t k cơng trình th y l i – th y ñi n  ... gi ch n ñ tài: ? ?Nghiên c u mơ hình Hec – ras đ xác đ nh vùng ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4? ?? M c đích nghiên c u Nghiên c u áp d ng mơ hình tốn th y l c HEC – RAS đ tính tốn kh... 3: NG D NG MƠ HÌNH HEC – RAS TÍNH NG P LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H CH A NƯ C ĐĂK MI 3.1 Mơ hình tốn Hec- Ras Lu n văn áp d ng mơ hình Hec- Ras 4. 0 quân ñ i Hoa kỳ xây d ng phát tri n Đây mơ hình tốn m t... cơng trình th y n Đăk Mi Chương 2: Các phương pháp tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi Chương 3: nư c Đăk Mi4 ng d ng mơ hình Hec – ras tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a CHƯƠNG 1: T