CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRấN LƯU VỰC ĐỒNG NAI-SÀI GềN ĐẾN CẤP
4.2. THIẾT LẬP MODULE TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÀ MODULE VẬN CHUYỂN BÙN CÁT
4.2.1. Mạng sông hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn
Sơ đồ thủy lực tính toán bao gồm toàn bộ hệ thống hạ du sông Đồng Nai Sài Gòn với tổng số 268 nhánh sông chính với tổng chiều dài được mô phỏng khoảng 1836 km, và 7528 nút tính toán. Tài liệu được cung cấp bởi Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam
Hình 4. 2:113TSơ đồ mạng lưới sông Đồng Nai_Sài gòn
Sơ đồ mạng sông bao gồm các sông chính sông như Vàm Cỏ Đông, Vàm cỏ Tây, sông Vàm Cỏ, sông Soài Rạp, sông Sài Gòn, sông Nhà Bè, sông Lòng Tàu, sông Đồng Nai, sông Cần Giuộc, sông Thị Tính…. Dòng chính trên sông :
+ Sông Sài Gòn: Từ hồ Dầu Tiếng đến ngã ba Mũi Đèn Đỏ (nhập lưu với sông Đồng Nai) dài khoảng 143.7 km.
+ Sông Đồng Nai: Từ Hồ Trị An đến ngã ba Mũi Đèn Đỏ dài khoảng 93 km.
+ Sông Vàm Cỏ Tây: Từ trạm thủy văn Mộc Hóa cho tới hợp lưu với sông Vàm Cỏ Đông dài hơn 160 km.
+ Sông Vàm Cỏ Đông: Từ phía thượng trạm thủy văn Cần Đăng tới hợp lưu với sông Vàm Cỏ Tây dài khoảng 150km
+ Sông Vàm Cỏ: Từ hợp lưu sông Vàm Cỏ Đông với Vàm Cỏ Tây đến nhập lưu vào sông Soài Rạp dài 34.8km.
+ Sông Soài Rạp: Từ ngã ba Mũi Nhà Bè đến cửa Soài Rap dài gần 40km + Sông Lòng Tàu: Từ ngã ba Mũi Nhà Bè đến cửa Lòng Tàu dài 42.8km.
Ngoài ra còn rất nhiều sông nhỏ và kênh rạch chằng chịt đặc biệt là vùng hạ lưu hệ thống sông như kênh Bo Bo, kênh Thủ Thừa, kênh Thủ Đức, Rạch Làng The, Rạch Sơn…
4.2.2. Tài liệu tính toán a :Tài liệu địa hình
- Địa hình mặt cắt sông toàn bộ sông, kênh khu vực hạ lưu Sài Gòn- Đồng Nai của Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam thực hiện trong các dự án trước. Nguồn tài liệu này chủ yếu được đo đạc từ năm 2006- 2009
- Tài liệu địa hình được sử dụng trong tính toán là tài liệu thực đo năm 2007 với 1030 mặt cắt
b :Tài liệu khí tượng thủy văn
Tài liệu khí tượng thủy văn dùng làm điều kiện biên trong tính toán gồm số liệu biên trên (Q), biên dưới (H), và biên nhập lưu là lượng gia nhập khu giữa tính toán từ các trạm đo mưa tính ra được lượng gia nhập khu giữa từ mô hình mưa dòng chảy (Mike NAM) tích hợp sẳn trong mô hình, tài liệu về nhu cầu dùng nước tại các hộ dùng nước dọc sông Đồng Nai, Sài Gòn kế thứa từ dự án đánh giá tài
nguyên nước trên lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn và dùng tài liệu thực đo của một số trạm làm biên kiểm tra
(1) Biên trên:
- Là số liệu quá trình dòng chảy thực đo tại các trạm khống chế phía thượng lưu với thời đoạn ∆t = 1 ngày các trạm được thống kê dưới đây
+ Sông Sài Gòn tại hồ Dầu Tiếng
+ Sông Đồng Nai tại Nhà máy Thủy điện Trị An
- Là số liệu tính toán từ mô hình mưa dòng chảy với số liệu mưa thực đo trên lưu vực
+ Sông Vàm Cỏ Tây + Sông Vàm Cỏ Đông
+ Sông Thị Tính + Sông Thị Vải
Các biên nhập lưu tại : Bến Tân An, Bến Gò Đậu, ….
(2) Biên dưới :
Là quá trình mực nước thực đo tại các trạm khống chế phía hạ lưu : + Cửa Sông Soài Rạp
+ Cửa Sông Lòng Tàu + Cửa Sông Thị Vải + Cửa Đồng Tranh
Tại các vị trí cửa biển Soài Rạp, Lòng Tàu, Đồng Tranh, Thị Vải không có trạm đo mực nước mà chỉ có một trạm đo mực nước Vũng Tàu nên số liệu các biên này sẽ được tính truyền từ trạm Vũng Tàu theo quan hệ H~H. Cách tính toán mực nước tại các biên như sau:
Theo nghiên cứu của GT.TS Nguyễn Tất Đắc trên cơ sở các liệt tài liệu đo từ 04-08/04/1993 thì tương quan của trạm Vũng Tàu với Soài Rạp và Cái Mép như sau:
H RSoài rạpR = HR Vũng TàuR x 0.98 + 35.5 (cm)
H RCái Mép R= H RVũng Tàu Rx 1.095 + 15.2 (cm) (3) Biên dọc mô hình
- Biên dọc của mô hình là quá trình lưu lượng thực đo tại các hộ dùng nước dọc sông Đồng nai, Sài Gòn
(4) Biên kiểm tra
Tài liệu thủy văn tại các trạm kiểm tra thu thập được gồm tài liệu thực đo của các trạm dưới đây
Bảng 4. 1: Bảng thống kê các trạm kiểm tra
TT Tên trạm Sông Yếu tố đo ∆t(giờ)
1 Biên Hòa Đồng Nai Mực nước 1
2 Nhà Bè Soài Rạp Mực nước 1
3 Thủ Dầu Một Sài gòn Mực nước 1
4 Phú An Sài gòn Mực nước 1
5 Bến Lức Vàm Cỏ Đông Mực nước 1
c Tài liệu mặn
Tài liệu mặn bao gồm số liệu đo mặn tại các trạm thủy văn Vũng Tàu, Biên Hòa, Cát Lái, Phú An, Nhà Bè, Thủ Dầu 1, Bến Lức, Tân An
4.2.3.Thông số của mô hình a Thông số thủy lực
Điều kiện ban đầu: Giá trị lưu lượng và mực nước tại thời đoạn đầu tại các vị trí trên mạng sông.
Hệ số nhám đáy (n hoặc M) đây là thông số rất quan trọng và nó ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nghiên cứu. Các giá trị sử dụng trong mô hình được rút ra từ các thí nghiệm mô hình vật lý và kinh nghiệm thực tế bao gồm giá trị chung (Global value) cho cả mạng sông là n = 0.024 và các giá trị giả định khác nhau hợp lý cho từng đoạn sông.
Ngoài ra còn có các thông số khác liên quan đến gió, cồn cát, bãi giữa…
b Thông số mặn
- Hệ số lan truyền mặn (dispersion coefficient D): Đây là thông số rất quan trọng trong mô phỏng xâm nhập mặn.
D = aVPb
a là hệ số khuếch tán nồng độ và b là hệ số mũ. D nằm trong khoảng : 1-5 mP2P/s (đối với sông suối nhỏ), 5-20 mP2P/s (đối với sông lớn).
Nếu b = 0 thì hệ số lan truyền mặn sẽ là hằng số bằng hệ số khuếch tán nồng độ và không phụ thuộc vào lưu tốc dòng chảy
4.2.4 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình a.Hiệu chỉnh và kiểm định thủy lực
Các số liệu sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình là quá trình lưu lượng (biên trên), quá trình mực nước ( biên dưới) và các trạm thực đo mực nước tại: Nhà Bèm Biên Hòa, Thủ Dầu Một... Hiệu chỉnh mô hình từ ngày 1/1/2006 đến 31/5/2006. Kiểm định mô hình từ ngày 1/5/2004 – 31/5/2004
Hiệu chỉnh mô hình
Việc hiệu chỉnh mô hình chủ yếu được tiến hành bằng cách thay đổi bộ thông số độ nhám từng đoạn sông. Ta dùng phương pháp thử dần để hiệu chỉnh thông số mô hình. Ban đầu thông số độ nhám được giả thiết . Trên cơ sở bộ thông số này, mô hình sẽ mô phỏng quá trình mực nước tính toán tại các trạm kiểm tra.
Kết quả thu được sẽ so sánh với giá trị thực đo tại các trạm tương ứng . Nếu kết quả so sánh tốt thì bộ thông số hiệu chỉnh đạt yêu cầu. Trong trường hợp ngược lại thì giả thiết lại bộ thông số trên cơ sở phân tích kết quả rồi tiến hành chạy lại từ đầu.
Việc đánh giá mức độ phù hợp của chuỗi số liệu mô phỏng (tính toán ) với chuỗi số liệu thực đo có thể tiến hành bằng trực quan ( so sánh hai đường quá trình thực đo và tính toán trên biểu đồ ), đồng thời kết hợp chỉ tiêu NASH để kiểm tra.
_
Xtd
tt td 2 (X -X )
2 i i
Nash =R =1-
td 2
(X - ) i
(4-1)
Trong đó: XPttPRiRPP: Giá trị thứ i của chuỗi số liệu tính toán XPtđPRiR : Giá trị thứ i của chuỗi số liệu thực đo
_ X d
t là giá trị trung bình của chuỗi số liệu trung bình thực đo Kết quả đường quá trình tính toán và thực đo trong trường hợp hiệu chỉnh mô hình tại các trạm kiểm tra được thể hiện dưới đây. (mầu đen là tính toán, mầu xanh là thực đo)
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 3: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Nhà Bè năm 2006
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 4: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Phú An năm 2006
Hình 4. 5: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Bến Lức năm 2006
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 6: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Biên Hòa năm 2006
Kết quả so sánh giữa đừơng quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại trạm kiểm tra cho đường quá trình mực nước thực đo và tính toán là khá sát nhau, đồng dạng về pha nước lên và nước xuống và cả về trị số. Hệ số NASH đạt được là khá cao 85% và 90%
Bảng 4. 2 Kết quả kiểm tra hệ số Nash bước hiệu chỉnh mô hình thủy lực
TT Trạm thủy văn Sông Nash
1 Biên Hòa Đồng Nai 0.87
2 Bên Lức Vàm Cỏ Đông 0.85
3 Thủ Dầu Một Sài Gòn 0.88
4 Nhà Bè Nhà Bè 0.9
5 Phú An Sài Gòn 0.9
Kết quả cho thấy:
+ Giữa đường tính toán và đường thực đo tương đối bám sát nhau cả về pha dao động và giá trị đỉnh triều cũng như phía chân triều.
+ Chênh lệch mực nước triều lên lớn nhất, và chệnh lệch mực nước triều xuống thấp nhất giữa tính toán và giá trị thực đo chênh nhau không đáng kể giá trị dao động khoảng từ 0,03 đến 0,31 m. Sai số lệch đỉnh tại các trạm kiểm tra nằm trong phạm vi cho phép.
+ Kết quả tính toán hệ số NASH tương đối tốt , nằm trong khoảng từ 0,87 đến 0,9 cho kết quả khá tốt.
Kiểm định mô hình
Sử dụng số liệu mùa kiệt năm 2004 từ 1/1/2004 – 31/5/2004 để kiểm định mô hình thủy lực, kết quả kiểm định tại các trạm thủy văn được thể hiện trên các hình vẽ 4.7 - 4.10
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 7: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Nhà Bè năm 2004
Hình 4. 8: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Phú An năm 2004
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 9: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Biên Hòa năm 2004
T Tính toán Thực đo
Hình 4. 10: Quá trinh trình tính toán và thực đo trạm Bến Lức năm 2004
Bảng 4. 3: Kết quả kiểm tra hệ số Nash bước kiểm định mô hình thủy lực mùa kiệt
TT Trạm thủy văn Sông Nash
1 Biên Hòa Đồng Nai 0.80
2 Bên Lức Vàm Cỏ Đông 0.81
3 Thủ Dầu Một Sài Gòn 0.80
4 Nhà Bè Nhà Bè 0.82
5 Phú An Sài Gòn 0.84
Kết quả kiểm định bộ thông số mô hình cho kết quả tốt, hệ số NASH đạt từ 0.8 – 0.84
Bộ thông số thiết lập cho mô hình thủy lực mùa kiệt hạ du sông Đồng Nai – Sài Gòn là tốt và có thể sử dụng tính toán cho các kịch bản
b. Hiệu chỉnh và kiểm định module xâm nhập mặn
Do tài liệu đo mặn tương đối hạn chế nên mô hình sử dụng số liệu đo mặn tháng 5/2006 và 5/2004 để đánh giá mức độ hợp lý của việc mô phỏng module xâm nhập mặn.
T Tính toán Thực đo
23-5-2006 24-5-2006 25-5-2006 26-5-2006
Hình 4. 11: Đường quá trinh độ mặn trình tính toán và thực đo trạm Nhà Bè 5/2006
T Tính toán Thực đo
23-5-2006 24-5-2006 25-5-2006 26-5-2006 27-5-2006 28-5-2006
Hình 4. 12: Đường quá trinh độ mặn trình tính toán và thực đo trạm Phú An 5/2006
8-5-2004 9-5-2004 10-5-2004 11-5-2004 12-5-2004 13-5-2004 14-5-2004
Hình 4. 13: Đường quá trinh độ mặn trình tính toán & thực đo trạm Nhà Bè 5/2004
T Tính toán Thực đo
8-5-2004 9-5-2004 10-5-2004 11-5-2004 12-5-2004 13-5-2004
Hình 4. 14: Đường quá trinh độ mặn trình tính toán và thực đo trạm Phú An 5/2004
Bảng 4. 4: Kết quả kiểm tra hệ số Nash mô phỏng xâm nhập mặn
TT Trạm thủy văn Sông
Nash Hiệu chỉnh
Kiểm định
1 Bến Lức Vàm Cỏ Đông 0.82 0.81
2 Nhà Bè Đồng Nai 0.83 0.81
3 Cát Lái Đồng Nai 0.83 0.81
4 Lái Thiêu Sài Gòn 0.82 0.81
5 Phú An Sài Gòn 0.84 0.80
Phân tích kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, kết quả tính toán và thực đo khá phù hợp về xu thế và trị số. Bộ thông số mô hình ( hệ số nhám, hệ số khuếch tán…) đạt độ tin cậy cho phép có thể sử dụng để mô phỏng diễn biến dòng chảy mùa cạn và diễn biến xâm nhập mặn trên hệ thống sông lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn.
4.3. ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN DềNG CHẢY MÙA CẠN VÀ XÂM NHẬP