7. Đánh giá chung
4.5.2.Kết quả tính toán
Với các điều kiện biên nêu trên, mô hình 1 chiều đã được sử dụng trong dựán để mô phỏng với chuỗi thời gian từ2010 đến 2020. Các đầu ra của mô hình có thể cung cấp
diễn biến theo thời gian trong khoảng từ 2010-2020 của mực nước, lưu lượng, lưu lượng bùn cát tại bất kỳ vị trí nào trong hệ thống (từ Đakrông đến Cửa Việt và Cam Tuyền đến Gia Độ) cũng như sự thay đổi của từng mặt cắt tính toán. Các số liệu chi tiết trình bày trong phụ lục 3. Từ các kết quả chi tiết đã tiến hành tính toán tổng hợp và đánh giá cân bằng bùn cát tổng cộng trong cảgiai đoạn từ 2010-2020 và trình bày trong bảng 4.12.
Bảng 4.12. Cân bằng bùn cát và đánh giá xu hướng bồi xói trên từng đoạn sông giai đoạn 2010-2020
Phân đoạnđoạn sông Tổng lượng bùn cát đi vào (tấn) Tổng lượng bùn cát đi ra (tấn) Cân bằng vào – ra (tấn) Nhận xét Cầu Đakrong-Phú Thành 11051 4736 6315 Bồi
Phú Thành-Hải Quy 4736 19464 -14728 Xói
Hải Quy-Thượng lưu đập Trấm 19464 9632 9832 Bồi Hạ lưu đập Trấm-Cầu Thạch Hãn 8639 2302 6337 Bồi Cầu Thạch Hãn-Cầu An Mô 2302 7081 -4778 Xói Cầu An Mô-Ngã ba Vĩnh Phước 7081 24261 -17180 Xói Ngã ba Vĩnh Phước- Ngã ba Gia Độ 24261 22988 1273 Bồi
Sau Cam Tuyền đến Cầu Đông Hà 1266 1448 -182 Xói Cầu Đông Hà đến Ngã ba Gia Độ 1448 3106 -1658 Xói 4.5.3. Nhận định và đánh giá
Dựa trên phân tích kết quả tính toán, có thể nhận thấy xu hướng diễn biến của các đoạn sông như sau:
- Đoạn Dakrong – Đập Trấm: với tổng lượng bùn cát đi vào lớn hơn tổng lượng bùn cát đi ra khỏi đoạn này, nhưng sự chênh lệch là không lớn, do đó có thể kết luận rằng xu hướng chung của lòng sông khu vực này là bồi lắng nhẹ. Điều này có thể được giải thích thông qua việc phân tích địa hình của đoạn này như sau: đây là khu vực có địa hình chủ yếu là đồi núi, lớp đáy chủ yếu là đá sỏi, và hai bên bờ sông có độ cứng cao. Hơn
nữa ở một sốđoạn cong như đoạn Phú Thành được kè bằng đá nên ít có hiện tựơng xói lở xảy ra.
- Đoạn sau đập Trấm – ngã ba Gia Độ: tổng lượng bùn cát đến nhỏhơn rất nhiều so với tổng lượng bùn cát đi khỏi đoạn sông này. Điều này chứng tỏ tại đây đã có sự mất cân bằng khá lớn giữa sự bồi và xói lòng sông. Và xu hư ớng chủđạo trong đoạn này là xói lở. Đi sâu phân tích tổng lượng vào và ra của từng đoạn thành phần điển hình (các đoạn cong dễ xảy ra hiện tượng bồi xói) có thể thấy rằng:
- Đoạn từ cầu Thạch Hãn đến cầu An Mô: xu hướng chủ đạo của đoạn này là xói lở. dựa vào bản đồ hiện trạng bồi xói có thể giải thích điều này như sau: hầu hết bên bờ phải(bờ bịxói trước kia) đã được bê tông hóa và đang có xu hướng được bồi tụdo đó chỉ có thể giải thích rằng sự xói lở trong đoạn này đã đư ợc chuyển sang bên bờ đối diện. Mặc dù mức độ xói ởđây là chưa thật sự lớn (tính đến năm 2020 tổng lượng xói ởđoạn này là vào khoảng 4778 tấn) nhưng đây sẽ là một sự cảnh báo cho các nhà quy hoạch công trình cũng như các nhà môi trư ờng trong việc kiến thiết các công trình bảo vệ hai bên bờ sông.
- Đoạn từ cầu An Mô đến ngã ba Vĩnh Phư ớc: theo như tính toán cân bằng tổng lượng bùn cát cho đoạn này thì có thể thấy đây là đoạn có sự bất ổn định lớn nhất. thực tế cho thấy đây là đoạn có độ cong lớn nhất của sông Thạch Hãn mặt khác hai bên bờ của nó là khu vực tập trung đông dân cư nhưng chưa hề được kiên cốhóa. Đây chính là những nguyên nhân chính gây xói lở nghiêm trọng khu vực này (tổng lượng xói trong 10 năm tính đến năm 2020 là vào khoảng 17180 tấn).
- Xu hướng chủ đạo của sông Hiếu từ trạm Cam Tuyền đến ngã ba Gia Đ ộ tính đến năm 2020 là xói lở. Trong đó, đoạn từ Cam Tuyền đến Đông Hà có sự xói lở nhẹ tổng lượng xói lở trong 10năm chỉ là khoảng 182 tấn; trái với đoạn còn lại của sông Hiếu, trên đoạn này hiệntượng xói lở diễn ra mạnh mẽ và rõ nét hơn, cụ thể: tổng lượng xói lở của bùn cát tại đoạn này là khoảng 1658 tấn.
Như vậy có thể thấy rằng sông Thạch Hãn có diễn biến bồi xói phức tạp hơn sông Hiếu cả về phạm vi và tính chất.
Hình 4. 26. Thay đổi đường lạch sâu đoạn từ cầu Dakrông về đến Cửa Việt sau 10 năm. Hai đường phía trên là cao trình bờ phải và bờ trái. Hai đường phía dưới là hai đường lạch sâu năm đầu tiên và sau 10 năm mô phỏng.
4.6 ÁP DỤNG MÔ HÌNH 2D ĐỂ DỰ BÁO XÓI LỞ VÀ BỒI LẮNG CÁC KHU VỰC TRỌNG ĐIỂM TRỌNG ĐIỂM
4.6.1. Cơ sở dự báo bồi xói các khu vực trọng điểm
Để đáp ứng mục tiêu của dự án, chúng tôi tiến hành mô phỏng cho 2 đoạn sông hiện đang xảy ra tình trạng xói lởnhư đã nêu ở mục 4.3.1 bằng mô hình 2 chiều TREM. Hai đoạn sông này có độ dài tổng cộng là 13,2 km, trong đó đoạn 1 là 7,0 km (đoạn Đập Trấm đến cầu Thạch Hãn) và đoạn 2 là 6,0 km (đoạn từ cầu An Mô đến Đại Lộc B).
Theo kinh nghiệm thực tế, đối với hai đoạn sông cần dự báo xói bồi chi tiết sử dụng mô hình 2 chiều thì thời gian mô phỏng chỉ nên thực hiện đối với một cơn bão và hoặc lớn nhất là đến 1 tháng. Do vậy trong phần này, chúng tôi sử dụng trận lũ thực đo đạc được vào tháng 10 năm 2010 để phân tích đánh giá trường lưu tốc và dựa vào đó để đưa ra xu thế bồi xói trong tương lai. Đồng thời diễn biến bồi xói lòng sẽđược mô phỏng sử dụng giá trịlưu lượng đại biểu để phân tích diễn biến bồi xói của hai đoạn sông này.
4.6.2. Xây dựng biên đầu vào
a. Biên lưu lượng, mực nước và bùn cát
Như được trình bày ở mục trên, mô hình MIKE 11 đã được sử dụng để mô phỏng, dự báo diễn biến lòng dẫn trong thời kỳ dài, đồng thời sử dụng của mô hình 1 chiều để trích ra quá trình mực nước, lưu lượng, bùn cát tại một số vị trí mặt cắt ngang nơi khống chế biên của mô hình 2 chiều. Cụ thểnhư sau:
Đối với đoạn 1: Biên trên là quá trình lưu lượng nước, lưu lượng bùn cát tại hạlưu đập Trấm, biên dưới là quá trình mực nước tại cầu Thạc Hãn.
Đối với đoạn 2: Biên trên là quá trình lưu lượng nước, lưu lượng bùn cát tại cầu An Mô, và biên dưới là quá trình mực nước tại thôn Đại Lộc B.
Lưu lượng bùn cát được thể hiện qua quan hệ tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát và được chuyển đổi đơn vịnhư sau:
Qs=bQa
Trong đó: Qslà lưu lượng bùn cát tổng cộng (tấn/ngày); Q là lưu lượng nước (m3/s);
a,b là hệ sốtương quan.
Kết quả trích biên lưu lượng, mực nước và bùn cát tương ứng cho hai đoạn tính toán được thể hiện ở các hình 4.28 và 4.29.
Hình 4.28. Đường quá trình lưu lượng, mực nước lấy từ MIKE 11 làm biên cho TREM tương ứng với hai miền tính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(a) Sau đập Trấm (b) Cầu An Mô
b. Xác định lưu lượng đại biểu
Trong mô phỏng và dự báo diễn biến lòng dẫn sử dụng các mô hình 2 và 3 chiều dòng không ổn định thì việc xác định giá trịlưu lượng đại diện để mô phỏng là một việc quan trọng. Thời gian tính toán dài không cho phép mô phỏng được các chuỗi lưu lượng thực như đối với mô hình 1 chiều. Xác định được giá trịlưu lượng đại biểu thể hiện được quá trình bồi xói của lòng sông dư ới tác dụng của yếu tố động lực được các nhà nghiên cứu quan tâm. Đặc biệt trong thiết kế kênh, công trình chỉnh trị, người ta thường sử dụng một giá trị Q gọi là lưu lượng tạo lòng (channel forming discharge). Khái niệm lưu lượng tạo lòng có thể hiểu là, ứng với các đặc trưng hình học của một đoạn sông sẽ tồn tại một giá trịlưu lượng sao cho nếu trong một khoảng thời gian đủ dài sẽ tạo nên chiều rộng, độ sâu, và độ dốc của đoạn sông đó tương đương như chúng được tạo ra bởi chuỗi dòng chảy tự nhiên.
Để xác định giá trị này, ít nhất có ba hướng tiếp cận để xác định thông qua tính toán: lưu lượng hiệu quả (effective discharge), lưu lượng ngang bãi (bankfull discharge) và lưu lượng hoàn kỳ (return interval discharge). Ưu nhược điểm của mỗi phương pháp đã đư ợc Douglas Shields và cộng sự (2003) chỉ ra. Đối với Việt Nam, phương pháp Makavep thường được sử dụng trong tính toán lưu lượng tạo lòng. Tuy nhiên như ợc điểm cửa phương pháp này là cần có số liệu thực đo, khó áp dụng đối với các đoạn sông không có trạm đo dòng chảy, mực nước và bùn cát. Trong trường hợp thiếu số liệu thực đo này, phương pháp tính lưu lượng hoàn kỳ có thểđược sử dụng. Tuy nhiên cũng c ần nhận thấy rằng giá trị hoàn kỳ chỉ là giá trịước lượng thô của lưu lượng tạo lòng.
Đối với đoạn sông từđập Trấm đến Đại Áng 2 (trước nhập lưu sông Vĩnh Phước) không có trạm đo đạc nên đề tài sử dụng phương pháp tính lưu lượng hoàn kỳ để xác định lưu lượng dùng trong mô phỏng tính toán diễn biến lòng dẫn.
Thông thường, lưu lượng hoàn kỳ với chu kỳ lập lại 2 năm (P = 50%) được giả thiết là lưu lượng tạo lòng (Hey 1994; Ministry of Natural Resources 1994; Riley 1998). Nhìn chung, lưu lượng tạo lòng sẽtương ứng với lưu lượng ứng với hồi kỳ1 đến 2.5 năm (P=40 đến 100 %) (Leopold et al. 1964; Andrews 1980), mặc dù các nghiên cứu khác đã ứng dụng các giá trị ngoài khoảng này.
Dựán đã tính toán lưu lượng ứng với các tần xuất khác nhau từmưa thiết kế cho các lưu vực con trên toàn bộ Quảng Trị sử dụng số liệu từ Dự án world Bank pha 4 (xem hình dư ới). Tương ứng với tần suất 50 %, lưu lượng tại cửa ra lưu vực TH1 (cầu DaKrong) là 1125 (m3/s), tại nhập lưu khu giữa TH5 (Đập Trấm) là 785 (m3/s). Nếu tính tổng cộng thì lưu lư ợng 50% tại đập Trấm là 1910 (m3/s). Tuy nhiên, chúng tôi sử dụng giá trị nhỏhơn là 1750 (m2/s) để phù hợp với khỏang hồi kỳ nằm giữa từ1 đến 2.5 năm (1.75 năm).
4.6.3. Kết quả tính toán trường dòng chảy 2 chiều
Với số liệu biên lưu lượng, mực nước và số liệu địa hình được xửlí như trên, tiến hành mô phỏng 5 ngày, bước thời gian tính là 0.1 giây thì thời gian mô phỏng trên máy tính là 72 giờ.
Kết quả tính mô phỏng bao gồm trường tốc độ tại các thời điểm khác nhau, phân bố lưu tốc hướng ngang tại một số mặt cắt đặc trưng trên đoan 1 và đoạn 2 được thể hiện trên các hình từ4.31 đến 4.43.
Hình 4.31. Kết quả tính toán trường tốc độ lớn nhất trận lũ tháng 10/2010 khu vực 1 ứng với cấp lưu lượng 934 m3
/s
Hình 4.32. Sơ họa vị trí mặt cắt trích số liệu vận tốc
Tân Xuân
Như Lệ
Mặt cắt 135
Hình 4.32. Phân bố tốc độ theo phương ngang tại khu vực sông cong Tân Xuân
Mặt cắt 79 (Đỉnh cong khu vực Như Lệ)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350
Khoảng cách từ tả sang hữu (m)
V ận tốc
(m
/s)
V
Mặt cắt 135 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350
Khoảng cách từ tả sang hữu (m)
V ận tốc
(m
/s)
V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.34. Phân bố tốc độ theo phương ngang tại mặt cắt 135
Mặt cắt 155 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Khoảng cách từ tả sang hữu (m)
V ận tốc
(m
/s)
V
Hình 4.36. Phân bố tốc độ dòng chảy dọc bờ hữu, giữa dòng, bờ tả đoạn 1 a) Đối với đoạn 1
Mô phỏng trường vận tốc trong khoảng thời gian một trận lũ năm 2010 cho thây trường vận tốc lớn nhất đạt được trước thời gian xuất hiện đỉnh lũ. Giá trị vận tốc cực đại trên toàn miền là khoảng 1,3 m/s, đạt được tại đỉnh cong Như Lệ (hình 4.31). Tốc độ dòng chảy tại khu vực đỉnh cong thuộc Tân Xuân phía bờ tả (đỉnh cong) lớn nhất chỉđạt 1m/s. Tại khu vực Như Lệ, nơi đỉnh cong ở phía bờ hữu, tốc độ dòng chảy phía giáp bờ của đỉnh cong phổ biến từ cũng khoảng 1.3 m/s, là giá trị lớn nhất của toàn đoạn .
Đối với khu vực đỉnh cong cách cầu Thạch Hãn 1km và khu vực đỉnh cong hạlưu cầu với trục động lực nằm giữa sông do vậy tốc độvà hướng dòng chảy khá thuận tạo xu thếsông tương đối ổn định ở khu vực này.
Như vậy bước đầu phân tích trường vận tốc cho thấy nguyên nhân gây ra tình trạng xói lở tại khu vực bãi bồi hạ lưu đập Trấm là do phân bố trường tốc độ có xu thế hướng thẳng vào vùng bãi này. Đồng thời tại các khu vực Tân Xuân, Như Lệ, tốc độ dòng chảy có giá trị lớn ở bên bờ lõm và nhỏ bên bờ lồi. Tuy nhiên kết quả tính toán cho thấy vận tốc không lớn và do điều kiện địa chất ổn định hai bờ nên không có hiện tượng xói lở nghiêm trọng xảy ra trong tương lai.
b) Đối với đoạn 2
Miền tính giới hạn trong đoạn sông từ thôn Bích La Thượng xã Triệu Long cách cầu An Mô khoảng 500 m về phía hạlưu đến thôn Đại Lộc B xã Triệu Thuận. Kết quả tính toán thủy động lực hai chiều cho trận lũ tháng 10 năm 2010 cho thấy với ba đỉnh cong trong miền tính toán thì trư ờng tốc độ có giá trị rất lớn. Đối với đoạn cong xói lở trọng
điểm Trà Liên Đông, vận tốc lớn nhất mặt cắt lớn dần từ đầu đoạn (1,7 m/s), lớn nhất tại đỉnh cong (2.25 m/s) và giảm dần về 1,8 m/s tại cuối đoạn cong. Tại đoạn cong này (từ mặt cắt 74 đến 145 trên các hình 4.38 đ ến 4.43), phân bố tốc độtheo phương ngang có xu thế thiên lớn về phía bờ hữu (đỉnh cong), tốc độ lớn nhất tại khu vực này lên tới 2.25m/s và áp sát vào bờ hữu tại đỉnh cong. Hiện tại, khu vực này đang bắt đầu xây dựng kè lát mái. Phân bố lưu tốc theo hướng ngang từ mặt cắt 115 đến 145 có xu thế bất lợi (vận tốc hướng ngang lớn, có hướng thốc thẳng vào bờ lõm). Trong tương lai, đoạn này sẽ tiếp tục xói nếu không có sự xuất hiện của kè. Đồng thời đoạn có nguy xói khá lớn, nên khi xây dựng và thiết kế kè cần chú ý về quy mô công trình.
Hình 4.37. Kết quả tính toán trường tốc độ lớn nhất trận lũ tháng 10/2010, Khu vực 2, ứng với cấp lưu lượng 1276.6 m3
/s
Thông qua đánh giá trường vận tốc hai chiều của hai đoạn 1 và 2 cho thấy đoạn 2 từ cầu An Mô vềđến thôn Đại Lộc B xã Triệu Thuận cho thấy lưu tốc tại toàn đoạn cong rất lớn, nguy cơ gây xói lởtrong tương lai là rất cao. Còn đoạn 1 thì vận tốc không lớn và có cấu trúc hai bờ vững chắc nên hiện tượng xói bờ sẽ không nhiều và nguy hiểm trong
tương lai. Từ những nhận định trên, chúng tôi đi vào đánh giá diễn biến lòng dẫn sử dụng mô hình biến đổi lòng dẫn hai chiều TREM cho đoạn 2.
Mặt cắt 74 (Khu vực đầu đoạn cong thuộc xã Tiền Kiên)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300
Khoảng cách từ tả sang hữu (m)
V ận tốc
(m
/s)
Vận tốc
Hình 4.38. Phân bố tốc độ theo phương ngang tại khu vực đầu khúc cong Trà Liên Đông
Mặt cắt 112 (Khu vực gần đỉnh cong gần xóm Cồn) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350
Khoảng cách từ tả sang hữu (m)
V ận tốc
(m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});