2.1 Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên
2.2.3 Đặc điểm thủy triều ở ĐBSCL
Thủy triều có ảnh hưởng sâu sắc đến dòng chảy vùng ven biển ĐBSCL. Vùng ven biển phía Đông từ Cần Giờ đến mũi Cà Mau chịu ảnh hưởng của thủy triều biển Đông; vùng ven biển phía Tây từ mũi Cà Mau đến Hà Tiên chịu ảnh hưởng của thủy triều biển Tây.
Thủy triều vùng ven biển Đông có chế độ bán nhật triều không đều, mỗi ngày nước lên xuống 2 lần, có 2 đỉnh và 2 chân. Hai đỉnh triều chênh lệch nhau ít nhưng 2 chân chênh lệch nhau nhiều. Với dạng triều này sẽ có tác dụng đưa nước vào nội đồng nhiều hơn. Xu thế thủy triều ven biển Đông là từ Vũng Tàu đến Gành Hào biên độ triều tăng lên nhưng thời gian xuất hiện đỉnh triều chậm dần.
Thủy triều ven biển Tây thuộc loại hỗn hợp thiên về nhật triều. Trong ngày có 2 đỉnh, 2 chân nhưng những dao động lớn hoàn toàn chiếm ưu thế và thiên về nhật triều.
Có nghĩa là 2 đỉnh chênh lệch nhau đáng kể nhưng 2 chân xấp xỉ nhau. Dạng triều này có thời gian duy trì mức nước thấp dài nên tạo ra việc tiêu tháo nước thuận lợi.
NHỮNG NÉT CHÍNH CỦA CHẾ ĐỘ LŨ, LỤT TẠI ĐBSCL 2.3
Mùa lũ ở ĐBSCL thường kéo dài khoảng 6 tháng, từ tháng VII cho đến tháng XII hàng năm, chậm pha khoảng 1 tháng so với lũ thượng nguồn.
Độ biến động lũ giữa các năm không lớn so với sự điều tiết của Biển Hồ. Nếu như biên độ lũ tại Kratie có thể đạt trên dưới 14-16m/năm thì biên độ lũ tại Tân Châu, Châu Đốc chỉ khoảng 3,0 – 4,0 m/năm. Tuy nhiên, do ĐBSCL bằng phẳng nên khi mực nước lũ tăng thêm vài chục cm thì không gian bi ngập lụt gia tăng đáng kể.
Lũ ở ĐBSCL diễn ra hiền hòa. Lũ lên xuống từ từ , cường suất nhỏ, trung bình 3- 4cm/ngay, Những trận lũ lớn và sớm, cường suất phổ biến cũng chỉ 10-12
cm/ngay. Cường suất cao nhất đạt 20-30cm/ngày, vào đầu mùa lũ, đôi khi đạt đến 30-40 cm/ngày.
Tốc độ truyền lũ chậm. Từ Pnompenh về Tân Châu, khoảng 2-3 ngày. Nếu gặp triều cường, tốc độ truyền lũ giảm rõ rệt.
Đường quá trình lũ đặc thù là mực nước tăng dần từ đầu mùa (tháng VII) đến giữa mùa (tháng IX, X) thì đạt đỉnh, sau đó giảm dần đến cuối mùa (tháng XI, XII). Lũ phổ biến dạng một đỉnh chính vào khoảng từ cuối tháng IX đến nửa đầu tháng X.
Đôi khi xuất hiện một đỉnh phu trong tháng VIII, đầu tháng IX, sau đỉnh này lũ, hoặc giảm chậm hoặc ít thay đổi một thời gian ngắn sau tăng trở lại để đạt đỉnh thứ hai thường cao hơn đỉnh trước. Đôi khi, đỉnh vào tháng VIII xấp xỉ hoặc cao hơn đỉnh tháng X (lũ năm 1978, 1991).
Lượng nước tại trung và hạ du lưu vực sông Mekong do mưa lớn trong bão nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Tây-Nam chính là nguồn sinh lũ ở ĐBSCL.
Tổng lưu lượng đỉnh lũ trung bình vào ĐBSCL đạt 38.000 m3/s, tương ứng với mực nước trung bình 4.4m tại Tân Châu và 3.9m tại Châu Đốc. Tổng lưu lượng lớn nhất vào ĐBSCL có thể đạt 45000 – 52000 m3/s, trong đó qua Tân Châu là 25000-26000 m3/s , qua Châu Đốc 7000 -8000 m3/s và qua biên giới 11000-16000 m3/s. Khoảng 70-80% dòng chảy sông Mekong tiêu thoát ra biển Đông theo sông Tiền, Hậu , phần còn lại tràn vào ĐTM, TGLX sau trở lại sông và ra biển Đông hoặc biển Tây.
Trong mùa nước lũ mực nước sông Tiền luôn cao hơn sông Hậu, vì thế ngoài chảy xuống hạ lưu và vào ĐTM, nước lũ sông Tiền còn đổ sang sông Hậu qua Vàm Nao, các kênh ngang khu giữa và tràn đồng.
Hơn 100 năm trước, nước lũ chảy tràn tự do vào ĐBSCL thì 15 năm gần đây, lũ phần nào bị dẫn vào hệ thống kênh đào và khống chế bởi hệ thống bờ bao. Các
yếu tố này làm thay đổi hướng truyền lũ, cản trở dòng chảy, thay đổi quy luật diễn biến lũ trong nội đồng vào đầu vụ (tháng VIII) ở vùng ngập lũ sâu và một ít ở lũ chính vụ ở vùng ngập lũ nông. Các tác động này rõ rệt hơn trong những trận lũ trung bình và nhỏ.
Lũ luôn mang đến cho ĐBSCL cả mặt tích cực và tiêu cực. Ngay những trận lũ lớn với tác hại quá rõ ràng, cũng vẫn đem đến cho đồng bằng lượng phù sa khổng lồ với những vụ lúa bội thu sau đó, nguồn dinh dưỡng to lớn cho các loài thủy sinh phát triển. Nước lũ cũng có tác dụng thau chua rửa mặn, thuốc trừ sâu, góp phần làm vệ sinh môi trường.
Nếu đỉnh lũ gặp mưa lớn nội đồng lại trùng triều cao thi mức độ ngập lụt sẽ lớn và kéo dài hơn, đặc biệt là ở vùng chịu tác động của lũ – triều. Lũ càng muộn rút càng chậm. Mưa ở ĐBSCL tạo nền nước đệm cũng làm gia tăng mức độ ngập lụt, nhất là khi lương mưa tháng IX- XI lớn.
Thủy triều biển Đông Nam Bộ là yếu tố quan trọng làm gia tăng mức độ ngập lụt.
Những năm lũ nhỏ, dù gặp thủy triều cao cũng không gia tăng lụt nhiều. Song những năm lũ lớn khi đỉnh lũ trùng kỳ triều cao thì ngập lụt gia tăng đáng kể, trung bình thường tăng 10- 20 cm. Tác động của thủy triều rất rõ ở vùng hạ lưu và ngập nông. Càng gần biển càng giảm đặc tính của lũ, tăng đặc tính dao động của triều lên dòng chính, cũng như ngập lụt ở ĐTM, TGLX, vùng Tây sông Hậu và phụ cận.
Nước lụt vào ĐTM theo 2 hướng: (1) từ vùng ngập lụt CPC vào (trong các trận lũ lớn trước đây thường chiếm khoảng 85- 90 %; và (2) từ sông Tiền vào (chiếm 10- 15%). Nước lụt từ ĐTM thoát ra theo 2 hướng: trở lại sông Tiền qua QL30 từ Đốc Vàm Hạ đến An Hữu, qua QL1 từ An Hữu đến Long Định và thoát ra theo sông Vàm Cỏ.
Nước lụt chảy vào TGLX theo 2 hướng: (1) từ CPC vào, chiếm 75 – 80%; và (2) từ sông Hậu vào (chiếm 20- 25 %). Nước lụt từ TGLX thoát ra theo 3 hướng : 80% ra biển Tây, 15% xuống vùng Tây sông Hậu và khoảng 5% chảy trở lại sông Hậu.
HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐÊ BAO Ở ĐBSCL 2.4
Hình 2.1: Hiện trạng đê bao ở đồng bằng sông Cửu Long
Bao gồm các tuyến đê bao chính như sau:
Tuyến kiểm soát lũ tràn biên giới vào vùng TGLX
Đến năm 2000 thì các tuyến đê kiểm soát lũ cho các vùng lớn vào vùng tứ giác long xuyên hoàn thành. Về tuyến có một số điểm khác so với quy hoạch là đoạn từ Châu Đốc đến Tịnh Biên không đi theo quốc lộ N1 như quy hoạch mà nay theo bờ nam kênh Vĩnh Tuy. Về công trình dưới đê thì có sự thay đổi là 2 cống Trà Sư và Tha La được thay bằng các đập cao su. Tuy nhiên quy trình vận hành của các đập này vẫn đúng như quy hoạch, có nghĩa là đầu và cuối mùa lũ đóng lại để ngăn lũ tràn biên giới vào vùng tứ giác long xuyên, giữa mùa lũ mở ra để tránh dâng mức nước vùng biên giới.
Tuyến đê kiểm soát lũ tràn biên giới vào vùng Đồng Tháp Mười Tân Thành – Lò Gạch
Tuyến đê bắt đầu hình thành từ khi đào kênh Tân Thành Lò Gạch. Nhưng được cũng cố và phát triển trong thời gian gần đây, khi quyết định dung tuyến này làm tuyến kiểm soát lũ tràn biên vào Đồng Tháp Mười. Hiên nay các đoạn từ đầu kênh đến cầu Cái Cái đã đảm bảo cao trình kiểm soát lũ vào bề rộng, đoạn từ cầu Cái Cái đến kênh Hai Tám chưa đạt cao trình cũng như bề rộng.
Tuyến Nam kênh Vĩnh An
Tuyến này trùng với con đường đi từ Tân Châu sang Châu Đốc, đã được tôn cao để vượt lũ. Thực tế hiện nay khu vực giữa kênh Vĩnh An và kênh Tân Châu – Châu Đốc phần lớn diện tích đã đắp bờ bao khép kín với chiều cao đê kiểm soát lũ cả năm.
Các tuyến dọc sông Tiền và sông Hậu
Các tuyến dọc sông Tiền và sông Hậu đều trùng với đường giao thông đã xây dựng. Hiện nay các con đường bờ tả và bờ hữu sông Tiền vừa được tôn tạo với cao trình vượt lũ, ở dọc sông Hậu thì tuyến bờ hữu đã được tôn cao với cao trình vượt lũ.
Các tuyến kiểm soát lũ tràn từ vùng tứ giác Long Xuyên vào vùng tây Sông Hậu Tuyến này trùng với quốc lộ 80, đã được tôn cao vượt lũ, nhưng các công trình kiểm soát lũ chưa được xây dựng nên chưa có tác dụng nhiều trong việc giảm lũ vào vùng Tây Sông Hậu.
Tuyến kiểm soát lũ bờ nam kênh Nguyễn Văn Tiếp
Ngoài ra ở vùng ĐBSCL còn có nhiều tuyến đường như quốc lộ 62, quốc lộ 1A, quốc lộ 63, quốc lộ 80 (đoạn Rạch Giá – Hà Tiên), đường Nam kênh Mạc Cần Dưng đều có cao trình vượt lũ nhưng các cầu chưa đủ khẩu độ thoát lũ, gây cản lũ.
Ở ĐTM các tuyến đê bờ nam kênh Hồng Ngự, kênh Đồng Tiến – Lagerange cũng được tôn cao trong đó có đoạn có cao trình vượt lũ, có đoạn chưa vượt lũ nên ít nhiều cũng gây cản lũ về hạ lưu. Tuy nhiên các tuyến này cũng tạo nên các bậc cản làm chậm lũ cho hạ lưu.
Hệ thống đê bao bờ bao kiểm soát lũ nội đồng
Là các bờ cao và lớn, có thể bảo đảm vụ lúa Hè Thu không bị ngập và có thể ngăn nước xuống giống sớm trong vụ Đông Xuân, sau khi thu hoạch lúa Hè Thu vào khoảng tháng 8 sẽ tiến hành mở cống để nước lũ tràn ngập đồng ruộng.
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH THỦY LỰC 3.1
3.1.1 Các mô hình thủy lực phổ biến hiện nay 1. Mô hình VRSAP
Là bộ phần mềm được xem là đầu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, do cố PGS Nguyễn Như Khuê phát triển. VRSAP đã được Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam sử dụng cho nhiều dự án quy hoạch cả dự án trong nước và quốc tế. VRSAP được nhóm mô hình của Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam hoàn thiện dần trong quá trình áp dụng. Phần nâng cấp và hoàn thiện trong nối kết với GIS được giao cho GS Nguyễn Tất Đắc đảm nhiệm và đã có báo cáo qua một đề tài NCKH cấp bộ năm 2005, đã được nghiệm thu 2007.
Đây là mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực của dòng chảy một chiều (1D) trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ. Các khu chứa nước và các ô đồng ruộng trao đổi nước với sông qua cống điều tiết. Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô đồng ruộng thành hai loại chính. Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa thông thường.
2. Mô hình KOD-01 và KOD-02
Mô hình của GS-TSKH Nguyễn Ân Niên. Đây là phần mềm dựa trên sơ đồ sai phân hiện. Mặc dù thời gian tính nhanh nhưng nhiều khi gặp vấn đề cân bằng toàn cục ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả. KOD chủ yếu được một số cán bộ của Viện Khoa học thủy lợi sử dụng.
3. Mô hình HydroGis của TS Nguyễn Hữu Nhân.
Đây là phần mềm mới được xây dựng trong một số năm gần đây, phần nối công cụ GIS, demo kết quả và giao diện khá tốt. HydroGis cũng giải hệ phương trình Saint- Venant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissmann, nhưng giải trực tiếp hệ sai phân bằng phương pháp lặp nên tốc độ tính chưa nhanh.
4. Mô hình SOBEK
Phần mềm này do Delft Hà Lan phát triển, gồm phần dòng chảy và tính toán ô nhiễm 1,2 chiều, đã nối kết với công cụ GIS. Sử dụng hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều cho dòng chảy trong kênh sông. SOBEK sử dụng lược đồ sai phân xen kẽ nhưng do bản chất của lược đồ sai phân, kết quả tính vẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tán số.
5. Mô hình HEC-RAS
Do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông. Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán. Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ. Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông.
6. Họ mô hình MIKE
Do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước. Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan hay cá nhân nào cũng có điều kiện sử dụng.
+ MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều”. MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết
với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải chất khuếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…
Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian.
Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại. Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD.
+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Mô hình MIKE21-HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển. Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy.
MIKE21-HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm:
- Ngập và tiêu nước cho vùng tràn - Tràn bờ
- Dòng qua công trình thuỷ lợi - Thủy triều
Tuy nhiên, MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp. Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD.
MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão. Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn.
7. Mô hình TELEMAC (Xem mục 3.2.1)
3.1.2 Nhận xét
Bộ mô hình Mike là mô hình tương đối mạnh và đã được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam, đây là bộ mô hình toán số rất phù hợp cho việc mô phỏng bài toán vỡ đập. Tuy nhiên, đây là mô hình thương mại với phí bản quyền rất cao và không phải ai cũng có thể sử dụng được.
Trái lại, mô hình TELEMAC là mô hình thủy lực rất mạnh, đặc biệt là mô phỏng lũ, vỡ đập; hơn nữa đây là mô hình miễn phí và là mô hình mã nguồn mở. Với mô hình này, người sử dụng có thể dể dàng phát triển những ý tưởng của mình cho việc xây dựng bài toán theo đúng hiện thực vận lý. Cùng với sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình Fortran thì việc linh hoạt, mềm dẻo trong xây dựng mô hình là điều dể dàng hơn. Ngày nay, mô hình TELEMAC được cộng đồng các nhà khoa học cùng nhau phát triển nên hứa hẹn trong tương lai sẽ ngày càng hoàn thiện hơn.
Như vậy, mô hình TELEMAC – 2D có những ứng dụng phù hợp và được ứng dụng cho nghiên cứu này.